每次醒来，人类和其他动物都要整理过去的记忆，为新的记忆做准备。我们必须吸收关于我们周围世界的新感官信息，同时保留对早期观察或事件的短期记忆。我们理解周围环境、学习、行动和思考的能力都取决于感知和记忆之间的持续互动。但要做到这一点，大脑必须将过去和记忆分开，否则新的传入数据流可能会干扰以前的记忆，导致我们覆盖或误解重要的上下文信息。大量研究表明，大脑不会将短期记忆功能整齐地分配到更高的认知区域，例如前额叶皮层、代表经验的感觉区域，以及其他也编码和存储记忆的皮层下中心。然而，这些记忆不能干扰我们对当下的感知，也不能被新的经历所覆盖。最近发表在《自然神经科学》“may”的一篇论文终于解释了大脑的保护缓冲区是如何工作的。研究人员认为，为了同时表示当前和过去的刺激而不相互干扰，大脑本质上是“旋转”感觉信息以将其编码为记忆。如果从数学上解释，两个正交表示来自重叠的神经活动，因此它们不会相互干扰。这种机制有助于解决关于内存处理的争论。为了弄清楚大脑如何防止新信息和短期记忆模糊在一起，普林斯顿大学神经科学家TimothyBuschman和他实验室的研究生AlexandraLibby决定专注于老鼠的听觉感知。他们让老鼠一遍又一遍地听一系列四个和弦，布希曼称之为“有史以来最糟糕的音乐会”。这种“音乐会”允许老鼠在某些和弦之间建立联系，因此当他们听到一个初始和弦与另一个和弦时，他们可以预测它会发出什么声音。与此同时，研究人员还训练了一个机器学习分类器来分析在这些听力过程中从啮齿动物的听觉皮层记录的神经活动，以确定每个神经元如何共同代表序列中的每个刺激。Buschman和Libby研究了这些模式在小鼠建立联系时是如何变化的，他们发现随着时间的推移，相关和弦的神经表征开始相互接近。但他们也观察到新的感官输入，例如不熟悉的和弦序列，可能会通过覆盖它们对先前输入的表征来干扰小鼠对它们听到的声音的表征。神经元递归地改变它对过去刺激的编码，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以保持准确的记忆。因此他们训练了另一个分类器来识别和区分和弦记忆的神经模式。例如，未知和已知的和弦会影响神经元的放电方式。分类器确实从它听到的和弦记忆中找到了完整的活动模式，而不是反复写出错误的“更正”来维持早期的联想，但这些记忆的编码看起来与表达感觉的方式截然不同。记忆表征是按照神经科学家描述的感觉表征的“正交”维度组织的，所有这些都在同一神经元群中。Buschman打了个比方，假设你在一张纸上做手写笔记，你将纸旋转90度并开始在页边空白处书写，这基本上就是大脑所做的。它接受第一个感官输入，将其写在纸上，然后将其旋转90度，这样它就可以用新的感官输入进行书写，而不会干扰或直接覆盖它。换句话说，感觉数据通过神经元放电模式的变化转化为记忆。之前已经看到使用正交编码来分离和保护大脑中的信息。例如，当一只猴子准备移动时，运动皮层中的神经活动代表潜在的运动，但这样做是正交的，以避免干扰向肌肉传达实际命令的信号。尽管如此，通常还不清楚神经活动是如何以这种方式翻译的。Bushman和Libby想通过观察他们在小鼠听觉皮层中观察到的情况来回答这个问题。“当我刚开始在实验室工作时，我很难想象神经放电活动会发生这样的事情，”利比说。她想“打开神经网络创造这种正交性的大门”。黑匣子”。令研究人员惊讶的是，这种稳定和转换神经元的组合足以旋转感觉信息并将其转化为记忆。事实上，他和利比使用计算模型证明这种机制是构建记忆的最有效方式感觉和记忆的正交表示：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一个新兴趋势：即使在较低的感觉区域，神经元群也参与了比以前认为的更丰富的动态编码。下皮质部分萨塞克斯大学的神经科学家MiguelMaravall说，食物链也有非常有趣的动态，也许我们直到现在才真正意识到这一点。这项工作可能有助于调和关于短期记忆是否存在的持续争论的两个方面。通过持续的、持久的表示或通过随时间变化的动态神经代码来维持。Buschman认为他们的结果表明他们基本上证明了这个想法是正确的，并且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上下文相关。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：大脑如何同时跟踪多个想法或目标；它如何在处理分心的同时完成任务；它如何表示内部状态；以及它如何控制认知，包括注意力过程。Libby认为他们的结果对人工智能研究具有重要意义，尤其是对必须执行多项任务的AI网络有用的架构设计。
