大脑感知空间的能力像宇宙一样膨胀

年幼的孩子有时会相信月亮在跟着他们，或者他们可以伸手触摸到它。它似乎比与其真实距离成正比的距离要近得多。当我们在日常生活中移动时，我们倾向于认为我们以线性方式在空间中航行。但 Salk 的科学家发现，花在探索环境上的时间会导致神经表征以惊人的方式增长。

该研究结果于 2022 年 12 月 29 日发表在《自然神经科学》杂志上，表明海马体中对空间导航、记忆和规划至关重要的神经元以符合非线性双曲线几何的方式表示空间——一种呈指数向外增长的三维空间. (换句话说，它的形状就像一个不断扩大的沙漏的内部。)研究人员还发现，该空间的大小会随着在某个地方停留的时间而增加。并且大小以对数方式增加，与大脑处理的信息的最大可能增加相匹配。

这一发现为分析涉及学习和记忆的神经认知障碍(例如阿尔茨海默病)的数据提供了有价值的方法。

“我们的研究表明，大脑并不总是以线性方式运作。相反，神经网络沿着一条扩展曲线运行，可以使用双曲几何和信息论来分析和理解，”索尔克教授 Tatyana Sharpee 说，他是 Edwin 的持有者领导这项研究的 K. Hunter Chair。“令人兴奋的是，大脑这一区域的神经反应形成了一张地图，该地图会根据在给定地方投入的时间而随着经验的增加而扩展。当动物跑得更慢或更快时，这种效果甚至适用于时间上的微小偏差通过环境。”

Sharpee 的实验室使用先进的计算方法来更好地了解大脑的工作原理。他们最近率先使用双曲几何来更好地理解气味分子等生物信号，以及对气味的感知。

在目前的研究中，科学家们发现双曲几何也能指导神经反应。感觉分子和事件的双曲线图是用双曲线神经图感知的。空间表征随着老鼠探索每个环境所花费的时间而动态扩展。而且，当老鼠在环境中移动得更慢时，它获得了更多关于空间的信息，这导致神经表征增长得更多。

Sharpee 实验室的研究生 Huanqiu Zhang 说：“这些发现为神经表征如何随经验改变提供了一个新的视角。” “我们研究中确定的几何原理还可以指导未来理解各种大脑系统神经活动的努力。”

“你会认为双曲几何只适用于宇宙尺度，但事实并非如此，”Sharpee 说。“我们的大脑工作速度比光速慢得多，这可能是在可抓取空间而不是天文空间上观察到双曲线效应的原因。接下来，我们想更多地了解大脑中的这些动态双曲线表示如何生长、相互作用，并互相交流。”

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