Buschman和Libby观察了这些模式在老鼠建立联系时是如何变化的,他们发现,随着时间的流逝,相关和弦的神经表示开始逐渐接近。
但是他们还观察到,新的感觉输入(例如不熟悉的和弦序列)可能会通过覆盖其先前输入的表示来干扰小鼠对所听到声音的表示。
神经元递归地改变其对过去刺激的编码,以匹配与后来刺激相关的动物,即使那是错误的。研究人员想确定大脑如何纠正这种干扰来保持准确的记忆。
因此,他们训练了另一个分类器,以识别和区分和弦记忆的神经模式。例如,一个未知的和已知的和弦对神经元的发射方式影响。
分类器的确从听过的和弦记忆中找到了完整的活动模式,而不是迭代地写出错误的「更正」来维持较早的关联,但是这些记忆的编码看起来与感觉的表达方式大不相同。
记忆表示是按照神经科学家描述为感觉表示的「正交」维度来组织的,所有这些都在相同的神经元群体内。
Buschman做了一个比喻,想象你在一张纸上做手写笔记,您将纸张旋转90度并开始在页边空白处书写,这基本上就是大脑在做的事情。它获得了第一个感觉输入,然后将其写在纸上,然后将其旋转90度,以便可以在不干扰或字面覆盖的情况下以新的感觉输入进行书写。
换句话说,感觉数据通过神经元放电模式的改变而转变为记忆。
以前已经见过使用正交编码来分离和保护大脑中的信息。例如,当猴子准备运动时,运动皮层中的神经活动代表了潜在的运动,但正交地这样做是为了避免干扰将实际命令传递给肌肉的信号。
尽管如此,通常还不清楚神经活动如何以这种方式转化。布希曼和利比想回答这个问题,以了解他们在小鼠的听觉皮层中观察到了什么。利比说:“当我刚开始在实验室工作时,我很难想象这样的事情会随着神经激发活动而发生。” 她想“打开神经网络为创建这种正交性所做的工作的黑匣子”。
令研究人员惊讶的是,稳定和转换神经元的这种结合足以旋转感觉信息并将其转化为记忆。
实际上,他和利比(Libby)使用计算建模方法来证明,这种机制是构建感觉和记忆的正交表示的最有效方法:与其他方法相比,它需要更少的神经元和更少的能量。
Buschman和Libby的发现推动了神经科学的新兴趋势:即使是在较低的感觉区域,神经元的群体也比以前认为的参与了更丰富的动态编码。萨塞克斯大学的神经科学家Miguel Maravall表示,食物链中较低的皮质部分也具有非常有趣的动态,也许直到现在我们还没有真正欣赏到它。
这项工作可能有助于调和正在进行的辩论的两个方面,即关于短期记忆是通过恒定的,持久的表示还是通过随时间变化的动态神经代码来保持。Buschman认为他们的研究成果表明他们基本上证明了这种想法是对的,正交旋转有助于防止干扰。
Buschman和Libby的研究可能与感官表征之外的背景相关。他们和其他研究人员希望在其他过程中寻找这种正交旋转的机制:大脑如何立即跟踪多个想法或目标;在处理干扰的同时如何完成任务;它如何代表内部状态;如何控制认知,包括注意力过程。