任何神经科学家都会认同:大脑的复杂性令人惊叹。人脑由数十亿神经元组成的循环往复、不断变化的神经网络构成,其突触数量甚至超过了银河系中的恒星。即使是秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)或甲壳类动物胃食管神经节(crustacean stomatogastric ganglion)这样的小型神经系统和亚核,似乎也拥有近乎无限的内部变异来产生相同的行为。
鉴于上述观察,当系统神经科学家从21世纪初开始注意到许多神经回路——从蝗虫嗅觉系统到灵长类动物前运动皮层和前额叶皮层——的神经群体活动出人意料地呈现出“低维度”特征时,这显得尤为令人惊讶。具体而言,当科学家们使用降维技术分析数十到数百个神经元的记录时,发现极少数的成分或因子就能解释大部分神经活动。
像许多科学见解一样,这些观察结果事后看来可能显而易见,甚至有些直观。经过多年的探索和后续研究,包括一些理论工作,现在很清楚,考虑到典型实验室任务和刺激的相对受限空间,低维度现象可能是预料之中的。此外,神经群体活动的循环性和时间依赖性动态产生了更多约束,使得真正探索所有可能的群体活动空间变得困难。
然而,近期的小鼠研究利用大量神经元的记录,对“低维度表征”的普遍性提出了挑战。这些研究表明,即使在群体层面观察,所有(或几乎所有)神经元都对于完整捕捉对刺激的相关神经响应至关重要。甚至运动皮层活动,在采样多种广泛的运动行为时,也显然比21世纪中期常见的点对点触达任务中表现出更高的维度。这不禁引发一个深刻的疑问:关于神经回路“低维度”的所有喧嚣,是否可能是一个误导性的方向?