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A076 北师大基于“思维地图”再发 Neuron 揭示海马“涟漪”是构建知识体系的关键

来源：公众号 PSY-Brain_Frontier ｜发布：2025-09-30 ｜原文链接

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基本信息：

Title:Human hippocampal ripples align new experiences with a grid-like schema

发表时间：2025.8.26

Journal: Neuron

影响因子：14.99

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研究背景

想象一下，当你阅读一本情节复杂的小说时，你不仅仅是在记忆孤立的人物和事件。随着阅读的深入，你的大脑会自动构建一张“人物关系图”，让你能够理解角色之间未被言明的复杂关系，甚至预测未来的情节发展。这种超越直接经验、构建结构化知识并进行推理的能力，是人类智能的核心标志之一。在神经科学中，这种内在的“关系图”被称为认知地图 (cognitive maps) 。研究发现，大脑中存在一种特殊的神经编码——网格样编码 (grid-like code，这一发现在2014年被授予诺贝尔生理学或医学奖，见下图)，它像一个内置的“GPS系统”，以独特的六边形模式帮助我们定位和导航 。

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2014

& Grid cells & Place cells

起初，科学家认为这种编码只用于物理空间的导航，但后续研究惊奇地发现，人类在处理抽象的、非空间性的概念（如组织社会关系、学习新知识）时，大脑的内嗅皮层 (EC) 和内侧前额叶皮层 (mPFC) 等区域也会启用类似的网格样编码。这个网格系统就像一个预设的“思维模板”或“图纸”，帮助我们高效地组织新信息。

研究动机与科学问题

尽管我们已经知道大脑使用这种网格“图纸”来构建认知地图，但一个核心问题仍然悬而未决：我们新学到的、零散的知识点，究竟是如何被精确地“绘制”到这张预设的图纸上，从而形成一个连贯的、结构化的知识体系的？

过去的理论和研究暗示，大脑中的一种特殊神经活动——海马涟漪 (hippocampal ripples)——可能在其中扮演了关键角色。海马涟漪是在休息或睡眠时，海马区产生的短暂、高频的神经振荡爆发。它被认为与记忆的巩固和“回放（replay）”密切相关。然而，由于技术限制，此前从未有研究直接证实，在人类大脑中，海马涟漪是否就是那个将新知识与网格样认知地图对齐的“绘图师” 。

为此，来自北京师范大学、北脑等研究团队展开合作，提出了一个核心科学问题：在人类学习和构建抽象知识的过程中，海马涟漪是否在休息期间协调大脑活动，将新学习的离散经验与大脑中预存的网格样图式 (grid-like schema) 对齐，从而支持灵活的推理能力？

核心发现与研究启示

为了回答这一问题，作者记录了42名癫痫患者的颅内脑电(iEEG)。这种方法允许他们以前所未有的时空精度，直接记录人类大脑深部（包括海马体）和皮层区域的神经活动。作者设计了一个新颖的学习任务：参与者首先学习几组物品在不同维度（如“魔法”、“速度”）上的等级关系，然后将这些物品组合起来，在一个二维抽象概念空间中进行推理判断。

研究的核心发现可以概括为以下三点：

学习过程中的“离线”整合：研究发现，在学习任务的短暂休息间歇（试验与试验之间），海马涟漪的发生率会随着学习的深入而增加 。并且，这种涟漪活动的增加与后续的推理表现呈正相关。这表明，即使是在学习过程中的短暂“离线”时刻，大脑也在通过海马涟漪积极地整合新知识。
休息时的“地图绘制”： 最关键的发现是，在完成学习后的5分钟静息期间，海马涟漪的活跃程度，显著预测了参与者后续在进行二维推理任务时，其内嗅皮层 (EC) 和内侧前额叶皮层 (mPFC) 中网格样编码的涌现强度 。换言之，休息时海马涟漪越多，大脑就越能成功地将新学的知识“绘制”到那张二维的认知地图上。
海马与前额叶的“协同工作”是灵活推理的关键： 研究进一步发现，真正决定高级推理能力的，并非海马涟漪的绝对数量，而是海马涟漪与mPFC活动的同步性 。在静息期间，海马涟漪与mPFC高频活动的协调程度，能够特异性地预测那些需要整合知识、进行复杂推理（而非简单记忆提取）的试次表现。这揭示了从“记忆”到“智慧”的神经机制：海马体负责“回放”和“激活”记忆片段（涟漪），而mPFC则负责将这些片段整合到更高级的知识框架中，从而实现灵活、高效的推理。

总结与启示

Neuron 的研究首次在人类大脑中，为海马涟漪在构建抽象知识地图中的关键作用提供了直接的电生理学证据。它揭示了一个精妙的神经机制：大脑并非被动地存储孤立事实，而是在休息期间，通过海马涟漪与前额叶皮层的协同工作，主动地将离散的新经验与一个预设的、网格状的认知“图纸”进行对齐，最终将零散的信息转化为结构化的、能够支持灵活推理的知识体系。

这一发现不仅加深了我们对学习、记忆和推理神经基础的理解，也再次印证了“休息是为了走更远的路”——那些看似“放空”的时刻，正是我们的大脑在幕后辛勤工作，绘制思维地图、构建智慧大厦的关键时期。