神经元表征是否会随时间发生漂移，即使在无学习或环境变化的情况下，长期以来一直是神经科学领域的核心问题。近期发表于《自然》杂志的一项研究揭示，小鼠后下托区域的头部方向细胞在数周时间内表现出高度稳定的调谐特性，几乎无漂移现象，这与海马区位置细胞的显著漂移形成鲜明对比。研究者Adrien Peyrache指出，这些稳定的神经反应可能构成了认知系统中的“刚性骨架”，为更灵活的感觉和认知过程提供稳定的空间参考框架。本文基于《The Transmitter》的报道，系统解析该研究的实验设计、主要发现、理论贡献及未来研究方向。 一、研究背景：神经表征漂移的争议神经表征漂移指的是神经元调谐特性随时间的变化，哪怕行为状态和环境条件保持不变。此现象已在视觉皮层、运动皮层及海马等多个脑区被观察到，但其普遍性和功能意义仍存在争议。头部方向细胞是一类根据动物头部朝向激活的神经元，区别于编码空间位置的海马位置细胞。先前研究表明，这些细胞在静止或睡眠状态下依然保持特定的方向编码，支持吸引子网络模型，即神经元放电模式趋向于稳定的吸引子状态。 二、主要发现：头部方向细胞的高度稳定性| 实验条件 | 主要发现 | 稳定性程度 |
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| 同一环境，连续4周（每周5天） | 头部方向细胞的调谐特性（偏好方向及神经元间配对相关性）保持高度稳定 | 高度稳定 | | 不同环境轮换（4个环境，每周1次，共4周） | 单细胞偏好方向出现一定漂移，但神经元间配对相关性保持稳定 | 中等稳定（个体漂移，群体关系稳定） | | 新环境单次暴露，4周后测试 | 细胞迅速适应新偏好方向，且该调谐在4周后保持不变 | 即时可塑，随后保持刚性 |
关键结论： - 头部方向细胞的稳定性显著高于海马位置细胞，后者表现出明显的漂移。
- 这种稳定性可能依赖于吸引子网络的硬连线结构。
- 即使在不同环境间切换，神经元间的配对关系（群体编码的几何结构）保持不变。
三、头部方向细胞与海马位置细胞的对比| 特征 | 头部方向细胞（后下托） | 海马位置细胞（CA1、CA3） |
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| 编码变量 | 头部朝向（独立于空间位置） | 空间位置 | | 稳定性 | 高（数周内稳定） | 低（显著漂移） | | 潜在机制 | 吸引子网络（硬连线结构） | 依赖感觉输入及神经可塑性 | | 功能角色 | 提供稳定的“刚性骨架” | 支持灵活的情境依赖记忆 |
功能意义在于，后下托的头部方向信号最终传入海马，为其提供稳定的空间参考框架，使海马能够灵活整合多模态感觉和认知信息。 四、方法学考量：稳定性是否被高估？| 批评 | 研究者回应 |
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| 排除第二天失去响应的细胞可能导致稳定性高估 | 合理，因为失去响应的细胞可能不再参与编码，但需注意结论适用范围 | | 漂移形式多样（调谐曲线偏移、放电率变化、响应丢失） | 承认不同漂移形式需采用不同量化方法 | | 行为状态（注视位置、运动、瞳孔大小）可能混淆漂移测量 | 未来研究需结合多维行为数据以区分真实信号与噪声 |
五、对表征漂移理论的贡献| 观点 | 支持证据 | 挑战 |
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| 稳定性与漂移可能共存 | 头部方向细胞稳定，海马位置细胞漂移 | 不同脑区及回路稳定性水平差异显著 | | 稳定性源于回路架构 | 吸引子网络局部兴奋连接维持稳定状态 | 非所有脑区具备吸引子架构 | | 漂移反映行为状态变化 | 初级视觉皮层漂移可由注视位置解释 | 头部方向细胞可能受行为状态影响，但实验中已控制 | | 稳定性提供“刚性骨架” | 头部方向信号为海马提供稳定空间参考 | 需更多直接证据支持功能关系 |
六、未来研究方向| 方向 | 问题 | 方法 |
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| 多维度行为记录 | 行为状态如何影响表征稳定性？ | 结合神经活动、面部视频、眼动追踪及身体运动数据 | | 跨脑区比较 | 不同脑区稳定性差异及其机制 | 大规模神经记录（Neuropixels）与计算模型 | | 漂移的功能意义 | 漂移是噪声还是功能性适应？ | 纵向记录、行为操控与网络建模 | | 稳定性与神经疾病 | 阿尔茨海默病、精神分裂症中头部方向细胞稳定性变化 | 疾病模型小鼠长期钙成像 |
七、对神经科学研究的启示| 建议 | 理由 |
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| 避免假设所有脑区漂移程度相同 | 不同回路架构导致稳定性差异 | | 纵向实验中需记录行为状态 | 面部运动、瞳孔、注视位置等因素可能解释部分漂移 | | 采用多种稳定性度量指标 | 结合单细胞调谐曲线、群体配对相关性及解码性能 | | 关注稳定性与灵活性的平衡 | 稳定表征提供参考框架，灵活表征支持适应新情境 |
八、结论：神经“刚性骨架”与认知灵活性的平衡头部方向细胞的高度稳定性表明，大脑并非所有神经表征都会随时间漂移。稳定的头部方向信号可能作为认知系统中的“刚性骨架”，为更灵活的感觉和认知反应提供稳定的空间参考。这一发现与海马位置细胞的漂移形成鲜明对比，提示不同脑区根据其功能需求采用不同的稳定性水平。 核心信息： - 头部方向细胞在数周内保持高度稳定。
- 稳定性可能依赖吸引子网络的硬连线结构。
- 稳定的表征为灵活认知提供稳定参考框架。
- 表征漂移的普遍性可能被高估，部分漂移源于行为状态变化。
参考文献：
Peyrache, A., et al. (2026). Head direction cells stably orient mice to outside world. Nature. (责任编辑：glia) |