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跟着大脑规模化神经记载时期的日益晋升男女性爱视频，神经科学家濒临着一个要害挑战：应该怎么分析海量的神经元数据？

针对这一难过，中国科学时期大学温泉教悔和香港科技大学胡禹教悔团队合营，通过记载斑马鱼幼鱼在捕食和自觉步履时间的全脑钙成像，深入盘问了神经元群体举止空间的几何结构。他们发现并描写了一个垂危的情势：神经元编码具有“圭臬不变性”。

盘问发现，大脑的举止有很强的轨则性。这意味着，在分析大脑举止时，通过当场采样一小部分心经元的举止就能得回弥散和结构同样的信息，即使不监测通盘神经元的举止。

这种“圭臬不变编码”的特色，不仅为匡助分析和富厚大脑神经举止组织体式提供了全新的表面框架，还有望对建树脑机接口等时期进展垂危的提示意旨，在神经康复、坚决监测等规模进展垂危作用。

审稿东谈主对该盘问评价称：“这项垂危的盘问揭示了斑马鱼大脑大规模神经举止的协方差谱中，存在出东谈主预感的圭臬不变性特征……该盘问恶果为探索大规模神经记载数据提供了多少新颖而潜入的分析步骤。”

近日，关系论文以《全脑举止的几何结构和维度》（The Geometry and Dimensionality of Brain-wide Activity）为题发表在eLife[1]。

中国科学时期大学博士生王泽臻、柴宇明博士和香港科技大学博士生麦伟浩是共同第一作家，中国科学时期大学温泉教悔和香港科技大学胡禹教悔担任共同通信作家。

大脑手脚一个高度和谐的举座系统，其使命机制恒久是神经科学盘问的中枢问题。在这个复杂的系统中，日复一日齐有多数神经元在大脑中不停地发送信号，这些信号会被繁多卑劣神经元继承并解码。

关系词，受限于传统时期的瓶颈，昔时的盘问通常只可记载单个或少数脑区的神经元举止。尽管这类盘问有时揭示特定神经元对外界刺激的反馈模式格外与步履的关系，却难以展现大脑举座使命的全景图。

此前已有盘问标明，高档贯通功能如有计算、记挂等并非由单一脑区完成，而是需要多个脑区的协同使命。跟着时期的发展，神经元记载数目在昔时十年以来呈指数级增长。基于这种时期突出，得以深入大脑采样，捕捉神经元的举止。

与此同期，也引出了一个问题：如若想真确了解坚决，解码大脑在职何一个时刻的所想所想，是否需要记载通盘神经元的举止？

该盘问和会了脑科学、机器学习、表面物理和数学，为上述问题提供了一个详情的论断：当记载的数目达到一定进度后，信息量会趋于饱和，这意味着无需记载沿途神经元即可得回弥散的神经编码信息。

在对年少斑马鱼全脑神经举止进行及时记载时，盘问东谈主员采选了一种光场成像时期，有时同期捕捉其全脑通盘神经举止的数据。何况在这个经过中，不雅察到了一种“圭臬不变性”情势。

他们使用了欧氏当场矩阵模子（ERM，Euclidean Random Matrix）对这种情势进行解释，该模子与协方差矩阵的两个要害特征告捷匹配：近似的幂律缩放以及在当场抽样下的不变性。

这一发现近似于物理规模中“临界情状”，即系统处于有序和无序之间的中间情状。尽管当今这种圭臬不变性并不成径直讲授大脑处于某种临界情状，但这种迹象标明，大脑很有可能处于某种未知的临界情状，为富厚大规模同期记载的神经举止引入了一个垂危的表面框架。

“这项盘问稀零奋斗东谈主心，咱们不仅发展了新的数学步骤来解释这种情势，还鉴戒了一些统计物理中的想想和时期，尤其是那些常常很少被应用于神经科学中的步骤。”温泉说。此外，他们还发展了一些新的表面，用于讲授在何种条目下不错不雅察到这种情势。

这项盘问不仅发现了新的推行情势，何况在数学上使用了新技巧。他解释谈：“在对人命，稀零是大脑的神经举止进行盘问之后，咱们发现了一种数学家尚不太富厚的结构。”

与刻下神经科学中从分子、环路层面脱手的“从下到上”的盘问想路不同，该盘问从“从上至下”的角度去不雅察举座的结构，来富厚这些举座结构在神经编码上的意旨。

温泉指出，采选这种盘问想路垂危的原因之一，是东谈主们需要在不同的档次上富厚大脑。正如好意思国物理学家菲利普·沃伦·安德森（Philip Warren Anderson）所说的“多即不同”。

当今，该团队将这一表面应用于骨子盘问中，进一步发展现存的成像时期，使其速率更快、精度更高。举例，他们正在纠正光学成像步骤，使其有时完褂讪时成像和及时候析。通过构建闭环系统来富厚全脑神经举止的组织体式，并开展关系的推行盘问。

温泉暗意：“咱们和国表里几个推行室将这种时期称为‘光学脑机接口’，它与传统的基于电学步骤的脑机接口不同，哄骗光来收场信息的读取和写入。我合计，这是一个相等垂危的发展场合。”

在大言语模子中，有一个术语叫“灾荒性淡忘”（catastrophic forgetting），指的是当模子在学习新任务时，通常会淡忘之前学到的任务。其中一个可能原因是：刻下的编码方式较为采集，零落漫步式性和冗余性。

比拟之下，大脑中的编码具有很强的漫步式特色，且编码方式相瓜区分。举例，当咱们进行某种贯通举止时，多个脑区齐会被激活。这种漫步式编码可能是大脑的一个垂危上风。

基于这项盘问，盘问东谈主员算计，这种圭臬不变的编码方式在信息管制和存储方面可能具有独到的上风。举例，它可能通过漫步式存储和冗余联想，幸免了采集式编码带来的灾荒性淡忘问题。此外，这种编码方式可能还具有更高的鲁棒性和稳当性，有时在面对复杂环境和多变任务时保合手巩固。

当今，该课题组正在进一步盘问这种名为“圭臬不变性”的编码方式，其在盘算上具有潜在的上风。盘问东谈主员但愿通过该场合的深入富厚，辩论它与大言语模子中编码体式的各别性。

何况，他们将探索将其手脚一种基本框架或构建模块应用到东谈主工神经网罗中，但愿通过这种编码方式为东谈主工智能的发展提供新的想路和步骤。

参考贵寓：

1.Zezhen Wang，Weihao Mai， Yuming Chai， Kexin Qi， Hongtai Ren， Chen Shen， Shiwu Zhang， Guodong Tan， Yu Hu，and Quan Wen. The Geometry and Dimensionality of Brain-wide Activity.eLife14:RP100666(2025). https://doi.org/10.7554/eLife.100666.2

运营/排版：何晨龙