人类大脑的海马体长期被视为记忆的“控制中心”。20世纪50年代，著名患者HM因切除海马体而丧失形成新记忆的能力，这一案例首次揭示了海马体在记忆中的核心作用。近年研究进一步发现，海马体不仅存储记忆，还与想象未来场景的能力息息相关。

与此同时，动物研究揭示，海马体中的“位置细胞”如同大脑的“内部GPS”，帮助生物在空间中定向导航。如何统一海马体在记忆与空间导航中的双重角色？一项由牛津大学、塞恩斯伯里威康中心（SWC）和斯坦福大学团队合作的研究，通过创新模型给出了答案——海马体重放可能是大脑快速学习的关键。相关成果发表于《自然神经科学》，为理解大脑的“组合性学习”开辟了新路径。

01 连接空间与记忆的“状态空间模型” ✦

长期以来，科学家试图用“状态空间模型”解释海马体如何连接不同经历。例如，泡茶时，大脑通过“烧水→倒水→泡茶”的步骤链接状态；在空间中，海马体则通过位置细胞编码路线。然而，传统模型存在明显缺陷：它需要生物反复经历所有可能的状态转换才能学习，效率低下。“若每次进入新房间都必须逐一探索每个角落，构建地图将极其缓慢，”论文第一作者雅各布·贝克曼斯博士指出。研究团队由此提出假设：大脑或许通过“绘制地图”而非“逐个体验”来加速学习。这一猜想成为新研究的起点。

02 模拟老鼠与神经数据的双重验证✦

为验证理论，团队开发了一套计算机模型，模拟老鼠在陌生环境中的学习过程。与传统状态空间模型相比，新算法允许模拟老鼠无需遍历整个空间即可快速定位目标。例如，在虚拟迷宫中，使用新算法的“老鼠”能通过少量探索迅速找到隐藏奖励，而传统模型需更多重复步骤。

同时，团队重新分析了真实实验数据——记录小鼠执行记忆任务时的海马神经元活动。结果显示，实际神经信号与模型预测高度吻合。关键发现在于“海马体重放”：当动物静止或睡眠时，位置细胞会以“快进”形式回放之前的移动轨迹。团队发现，这些重放事件中，从未激活的位置细胞突然开始响应，并在此后持续标记新位置。这表明，重放不仅是记忆的复现，更是构建新地图的“想象工具”。

03从语言到精神疾病的跨界启示✦

这项研究首次将“组合性”概念引入海马体功能研究。组合性是语言学的基石——有限词汇可生成无限句子；而大脑可能以类似原理，通过少数地标记忆构建复杂空间表征。“这为神经元层面的组合性提供了直接证据，”贝克曼斯强调。

研究还为精神疾病提供了新视角。近期论文指出，精神分裂症患者可能存在记忆链接异常，导致无关事物被错误关联（如妄想）。新模型提示，海马体重放功能失调或是潜在诱因。此外，团队计划与SWC的Branco实验室合作，探索动物如何通过地图构建实现本能行为（如快速逃脱），进一步验证模型预测。

海马体重放机制的揭示，不仅解开了“快速学习”之谜，更展现了大脑高效利用资源的智慧。正如语言通过重组词汇表达新思想，海马体通过重组地标适应新环境。这项研究为人工智能的启发式算法设计、神经疾病治疗乃至认知科学提供了全新框架。未来，随着对“想象”神经机制的深入探索，人类或许能真正解码大脑的“创造力之源”。

新闻来源：Sainsbury Wellcome Centre

论文参考：DOI: 10.1038/s41593-025-01908-3