网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Nat Neurosci | 预测误差与不确定性:海马体涟漪在预测编码中的核心机制

0
分享至


认知神经科学前沿文献分享

基本信息

Title:Human hippocampal ripples tune cortical responses based on predicted uncertainty

发表时间:2026-06-25

发表期刊:Nature Neuroscience

影响因子:20.3

获取原文:

1. 添加小助手:PSY-Brain-Frontier即可获取PDF版本


研究背景

为了在瞬息万变的世界中高效生存,我们的大脑不能仅仅被动地接收信息,而必须主动预测即将发生的事情。在预测编码(predictive coding)理论框架下,大脑不断构建关于外部世界的生成模型,当感官输入与预期不符时,便会产生“预测误差”(prediction error)向上传递以更新模型。

然而,并非所有的预测误差都同等重要。大脑需要根据当前环境的“不确定性”来为这些误差分配权重——在高度不确定的环境中,新信息往往更具价值。这种对预测误差的“精度加权”(precision weighting)被认为是认知灵活性的核心。过去的研究普遍推测,海马体与新皮层之间的动态交互在这一过程中扮演了关键角色,但海马体究竟是如何在刺激出现之前生成关于“可预测性”的预判,并将其广播给视觉皮层的?

近期发表于 Nature Neuroscience 的一项研究,利用癫痫患者的颅内脑电(iEEG)记录,巧妙地在一个不涉及情景记忆的纯视觉运动映射任务中,分离了“不确定性”(预期信息增益)与“意外度”(实际信息增益)。研究直击了一个长期悬而未决的问题:海马体尖波涟漪(sharp-wave ripples)是否不仅参与记忆巩固,还直接参与了对未来感官输入的预测与皮层状态调控。

研究核心总结

这项研究的核心在于,它打破了以往将海马体涟漪单纯与“空间导航”或“记忆回放”绑定的传统视角,揭示了其在实时知觉推理中的预测性功能。研究者根据论文的逻辑链条,得出了以下几个关键发现:

一、刺激出现前,海马体涟漪随“不确定性”显著增加

研究者首先发现,当受试者处于高度不可预测的视觉刺激序列中(即高熵状态)时,海马体涟漪的发生率和持续时间在刺激呈现前(约-800至-400毫秒)出现了显著的峰值。

更重要的是,这种涟漪的增加纯粹是由对即将到来信息的“不确定性”驱动的,而非对刚刚发生的“意外”刺激的滞后反应。这表明,海马体涟漪编码了一种高阶预测——即对“环境可预测性”本身的预测,它们在预期到高信息增益时变得更加活跃。


Fig 1. 实验任务设计与电极定位,通过操控不同区块中视觉刺激的出现概率,分离了“不确定性”(熵)与“意外度”(惊奇)。


Fig 2. 颅内脑电结果显示,在刺激呈现前的高不确定性预期阶段,海马体涟漪的发生率和持续时间均显著上升。
二、海马体涟漪主动抑制视觉皮层活动,为新信息“腾出空间”

在刺激出现前,高不确定性通常会引起枕叶皮层(初级视觉处理区域)伽马频段活动的整体增强。然而,一旦海马体在这一阶段释放了涟漪,枕叶皮层的这种伽马活动就会被显著抑制。

这种由涟漪触发的皮层抑制并非简单的信号减弱,而更像是一种“状态优化”。它表明海马体能够覆盖或重置低级视觉皮层的自发预测活动,防止其在高度不确定的环境下过早形成僵化的表征,从而为即将到来的高价值信息做好准备。


Fig 3. 刺激呈现前,海马体与枕叶皮层的伽马频段活动随不确定性发生相反的调节变化。


Fig 4. 以海马体涟漪为时间锁定点的分析表明,刺激前的涟漪显著抑制了枕叶皮层的伽马活动。
三、提前出现的涟漪加速了高级视觉皮层对“意外”的反应

当刺激真正出现且出乎意料(高意外度)时,负责高级视觉处理的梭状回会产生强烈的伽马响应,这被视为自下而上预测误差信号的电生理表征。

关键发现是,如果在这个意外刺激出现之前,海马体已经发放过涟漪,那么梭状回对意外的伽马响应会发生得更早、更迅速。进一步的非周期指数(aperiodic exponent)分析揭示了背后的机制:刺激前的海马体涟漪促使梭状回的兴奋/抑制(E/I)平衡向更受控的抑制状态倾斜。这种状态的调整,正是理论上实现“精度加权”的神经生物学基础,它使得皮层能够更敏锐、更精准地处理随后的预测误差。


Fig 5. 面对意外刺激,梭状回的伽马响应显著增强;而刺激前海马体涟漪的出现,使得这一皮层响应发生得更早、更迅速。
四、意外发生后的自下而上信息传递

在梭状回对意外刺激做出快速响应之后,格兰杰因果(Granger causality)分析显示,在伽马频段内出现了从梭状回指向海马体的显著信息流。这完整地描绘了预测编码的动态闭环:海马体通过刺激前的涟漪自上而下地设定皮层状态(调控精度),而皮层在接收到意外输入后,自下而上地将预测误差传回海马体以更新内部模型。


Fig 6. 人类海马体与皮层在预测误差精度加权中的动态对话机制模型总结。

研究意义

这项工作极大地拓宽了我们对海马体涟漪功能的认知边界。长期以来,动物模型中的涟漪主要被视为情景记忆巩固和空间路径规划的专属机制。而本研究在缺乏明确记忆需求的人类知觉任务中,证实了涟漪同样是驱动大脑“预测编码”的核心齿轮。

从理论意义上看,它为“精度加权”这一抽象的计算概念提供了罕见且直接的人类电生理证据。它告诉我们,海马体不仅记录过去,更在时刻评估未来的不确定性,并通过涟漪这一“信使”跨区域调节视觉皮层的兴奋抑制平衡。这种机制的阐明,不仅弥合了记忆系统与知觉推理之间的鸿沟,也为理解精神分裂症或自闭症等可能存在预测误差加权异常的神经精神疾病,提供了一个全新的脑网络动力学视角。

分享人:饭鸽儿

审核:PsyBrain 脑心前沿编辑部

你好,这里是「PsyBrain 脑心前沿」

专注追踪全球认知神经科学的最尖端突破

视野直击 Nature, Science, Cell 正刊 及核心子刊与顶级大刊

每日速递「深度解读」与「前沿快讯」

科研是一场探索未知的长跑,但你无需独行。欢迎加入PsyBrain 学术社群,和一群懂你的同行,共同丈量脑与心智的无垠前沿。

点击卡片进群,欢迎你的到来

一键关注,点亮星标 ⭐ 前沿不走丢!


一键分享,让更多人了解前沿

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
香港名媛碎尸案终于开审!首曝恐怖细节:前夫家父子3人提前买好削肉机,欲占她上亿遗产?

香港名媛碎尸案终于开审!首曝恐怖细节:前夫家父子3人提前买好削肉机,欲占她上亿遗产?

英国报姐
2026-10-01 21:07:03
政府、国家、祖国三者不可混淆

政府、国家、祖国三者不可混淆

觉民行道
2026-10-01 11:31:29
两任总参谋长,出席国庆招待会

两任总参谋长,出席国庆招待会

观察者小海风
2026-10-02 06:56:13
震惊!有大学生提议室友上交全部生活费统一保管遭拒,发帖人不解之余,室友视作“舍敌”

震惊!有大学生提议室友上交全部生活费统一保管遭拒,发帖人不解之余,室友视作“舍敌”

火山詩话
2026-10-02 08:52:28
欧国联刺激夜:荷兰2-2绝平、德国2-0、葡萄牙4-2、挪威1-2遭逆转

欧国联刺激夜:荷兰2-2绝平、德国2-0、葡萄牙4-2、挪威1-2遭逆转

侧身凌空斩
2026-10-02 04:50:10
生娃不用自己掏钱了,会有更多人敢生吗?

生娃不用自己掏钱了,会有更多人敢生吗?

育娲人口智库
2026-09-30 17:23:01
江西一县称因人口出生率下降,教师规模产生剩余,拟研究转岗分流政策,如何看待这一现象?

江西一县称因人口出生率下降,教师规模产生剩余,拟研究转岗分流政策,如何看待这一现象?

莺燕向露谈公考
2026-10-01 22:05:41
孙俪邓超现身母亲生日宴,脸肿头秃尖酸刻薄,红美甲大金镯超抢镜

孙俪邓超现身母亲生日宴,脸肿头秃尖酸刻薄,红美甲大金镯超抢镜

娱说瑜悦
2026-10-01 14:53:36
拿我当杜伦?尼克斯侮辱性报价唐斯,少给7600万:直接施压管理层

拿我当杜伦?尼克斯侮辱性报价唐斯,少给7600万:直接施压管理层

你的篮球频道
2026-10-02 08:25:58
用发霉陈馅做月饼,还反咬记者"别有用心",这家老字号玩死了全行业

用发霉陈馅做月饼,还反咬记者"别有用心",这家老字号玩死了全行业

西虹市闲话
2026-10-01 14:11:25
封锁海峡效果越来越差,伊朗亮出 “同归于尽” 打法

封锁海峡效果越来越差,伊朗亮出 “同归于尽” 打法

空天力量
2026-10-01 11:02:39
装都不装了!林诗栋官宣退赛后,离谱一幕出现,与樊振东处境一样

装都不装了!林诗栋官宣退赛后,离谱一幕出现,与樊振东处境一样

十点街球体育
2026-10-01 22:42:07
水管工冲进驾驶舱救人后,身着血衣和总理拥抱并致歉:我好几次想拿回行李,换件干净衣服再来见你

水管工冲进驾驶舱救人后,身着血衣和总理拥抱并致歉:我好几次想拿回行李,换件干净衣服再来见你

澎湃新闻
2026-10-01 15:59:05
刘欢为啥爱办家宴?高晓松爆料:北京三里屯的一件事,让他没办法

刘欢为啥爱办家宴?高晓松爆料:北京三里屯的一件事,让他没办法

寒士之言本尊
2026-10-01 15:07:02
房价:大家无需等待了,要是不出意外,房价或将会“重演历史”?

房价:大家无需等待了,要是不出意外,房价或将会“重演历史”?

云居历史
2026-10-02 03:07:49
“足够先进,可以展示”

“足够先进,可以展示”

都市快报橙柿互动
2026-10-01 18:13:31
中国柔道名将亚运会被罚下判负!咬对手手臂20秒不松口 牙印曝光

中国柔道名将亚运会被罚下判负!咬对手手臂20秒不松口 牙印曝光

念洲
2026-10-01 20:55:42
诺贝尔和平奖揭晓倒计时一周,特朗普再获提名

诺贝尔和平奖揭晓倒计时一周,特朗普再获提名

澎湃新闻
2026-10-01 17:50:27
当红到发紫的好莱坞性感女神玛丽莲·梦露在大庭广众之下大胆褪去衣物、用一场颠覆认知的惊艳亮相风靡整个欧美时

当红到发紫的好莱坞性感女神玛丽莲·梦露在大庭广众之下大胆褪去衣物、用一场颠覆认知的惊艳亮相风靡整个欧美时

回京历史梦
2026-10-02 08:35:16
桂林市文促会深夜发布致歉信:工作严重疏漏,向邱孟煌先生诚恳致歉,依规开展内部问责,将以此为戒

桂林市文促会深夜发布致歉信:工作严重疏漏,向邱孟煌先生诚恳致歉,依规开展内部问责,将以此为戒

政知新媒体
2026-10-01 23:19:50
2026-10-02 10:40:49
PsyBrain脑心前沿
PsyBrain脑心前沿
追踪脑科学新动态,聚焦认知与神经新研究
685文章数 23关注度
往期回顾 全部

科技要闻

“分手”15天后,华为与赛力斯签约新五年

头条要闻

牛弹琴:普京再提2014年"政变" 称有件事他一直想不通

头条要闻

牛弹琴:普京再提2014年"政变" 称有件事他一直想不通

体育要闻

“今天的表现,我们可以昂首离开球场”

娱乐要闻

奚梦瑶晒四太豪礼!22只龙凤镯近300万

财经要闻

珠宝黑马爆雷,老板全家跑路泰国!

汽车要闻

2027款极氪001将于明年一季度上市 现款猎装同步推新配色

态度原创

时尚
艺术
家居
本地
军事航空

在米兰,用时装唤醒内心的自我

艺术要闻

第四届中国美术奖铜奖获得者——李卓

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

本地新闻

中秋逛白塔寺,体验国医妙荟雅集

军事要闻

美国将向中东增派第三艘航母和多达1万名兵力

无障碍浏览 进入关怀版