Predictive Grid Cell Coding Does Not Require Explicit Planning
这项研究表明，编码未来而非当前位置的预测性网格细胞是啮齿动物内侧内嗅皮层的一个普遍特征，并且在路径整合过程中自然地出现在网格细胞电路中，这表明它们可能是在塑造群体活动，而非仅仅服务于显性的规划功能。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
在大脑导航系统的深处，存在着一个被称为内嗅皮层内侧部的微小区域，大脑在此构建关于世界的心理地图。几十年来，科学家们已知该区域包含“网格细胞”，这些神经元在动物在空间中移动时以重复的六角形模式放电，实际上充当了一个内部坐标系统。最近，研究人员发现这些细胞中有一个特殊的子集，它们似乎不仅在动物当前所在的位置放电，还在其即将到达的位置放电。这种“预测性”放电表明，大脑可能一直在向前预演，模拟未来的路径，以帮助规划前往目标的路线。然而，一个悬而未决的问题仍然存在：这种前瞻性的能力是一个专门用于规划的工具，还是大脑更新其地图方式的一种副产品？
一个研究小组试图通过两种截然不同的方式来回答这个问题：首先，重新检查大鼠在房间内探索时的真实大脑记录；其次，训练人工神经网络执行相同的任务，即在没有任何规划指令的情况下追踪运动。他们发现，即使在动物只是漫无目的地游荡而没有特定目的地时，这些“预测性网格细胞”也会自然出现在真实的鼠类大脑中。更令人惊讶的是，他们发现同样类型的具有前瞻性的细胞也出现在人工网络中，尽管这些网络从未被教导去规划或预测未来。这些人工网络仅被赋予了根据运动更新位置的任务，却自发地产生了仿佛在向未来看一样的放电单元。
研究人员测试了这些细胞是真的在预测未来，还是仅仅在对过去做出反应。他们发现，这些特定细胞的活动在很大程度上取决于动物移动的方向。如果两条路径在同一地点交叉，但动物向着不同的方向移动，这些细胞的放电情况会有所不同，这表明它们是在追踪前方的路径，而非仅仅是当前的地点。这表明这些细胞正在编码一条轨迹。研究还显示，这些预测性细胞通常与网络中另一种看起来像条纹或带状的细胞重叠，后者有助于保持地图的稳定性。这使得作者提出，这些具有前瞻性的细胞可能不是一个独立的规划模块，而是维持大脑地图准确性和持续推进的基础机制的一部分。
为了观察这种机制在脑部并非处于积极导航状态时是否存在，研究团队查看了大鼠在睡眠期间的数据。他们发现，在睡眠期间仍存在微弱但清晰的这种预测性编码特征，这表明即使在动物休息时，大脑仍在继续运行这些前瞻性的模拟。这些结果挑战了这样一种观点，即大脑需要特定的目标或意识计划来产生这些前瞻性信号。相反，这种预判下一步的能力似乎已经内置于使大脑能够感知当前位置的电路之中。这项研究表明，大脑的地图不是一张静态的现状图，而是一个动态系统，它通过将当前时刻投影到未来来不断更新自身，无论动物是在规划旅程还是仅仅在睡觉，这一过程都在发生。
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