當(dāng)在陌生的城市穿梭，從地鐵站出來穿過幾條街找到目的地，大腦是如何快速記住新路線、精準(zhǔn)判斷自己的位置，又怎么區(qū)分不同的來路？

這些日常的導(dǎo)航能力都離不開大腦海馬體的位置細胞，但長久以來，科學(xué)家一直沒搞清楚海馬體不同區(qū)域在大尺度空間中是如何分工合作的。

2026年5月27日，以色列魏茨曼科學(xué)研究所Nachum Ulanovsky教授團隊與Liora Las教授團隊在《Nature》上發(fā)表研究《Sparse-to-dense coding transformation between hippocampal areas CA3 and CA1》。

該研究首次通過在6至200米不同長度的飛行隧道中同步記錄埃及果蝠海馬CA1和CA3區(qū)的神經(jīng)元活動，揭示了CA3到CA1的稀疏-密集編碼轉(zhuǎn)換機制。

CA3采用超稀疏編碼，讓新空間地圖的學(xué)習(xí)速度快10倍以上；CA1采用密集編碼，解碼定位精度更高。兩者協(xié)同，實現(xiàn)了快速學(xué)習(xí)與精準(zhǔn)定位的兼得。

科普小貼士

稀疏編碼：每個細胞只負責(zé)標(biāo)記環(huán)境里的一個小區(qū)域；

密集編碼：一個細胞會標(biāo)記多個位置。

為什么用蝙蝠研究？

傳統(tǒng)海馬研究主要依賴在小型迷宮（通常幾十厘米）中自由活動的大鼠或小鼠。但人類在真實世界中的導(dǎo)航，動輒跨越數(shù)十米甚至數(shù)百米，微小的實驗室環(huán)境未必能揭示大腦在大尺度空間中的真實編碼機制。

首先，研究人員搭建了長達6米到200米不等的飛行隧道，讓埃及果蝠在隧道中來回飛行，同時用無線電生理記錄系統(tǒng)同步監(jiān)測海馬CA1和CA3區(qū)神經(jīng)元的活動。

結(jié)果顯示，小環(huán)境中 CA1 和 CA3 編碼相似，但大環(huán)境中差異顯著，表現(xiàn)為CA3 神經(jīng)元呈超稀疏編碼；CA1 神經(jīng)元呈密集編碼；兩個區(qū)域的單個位置場大小始終一致。

因此，海馬的空間編碼方式可能是環(huán)境尺度依賴的，小環(huán)境中難以發(fā)現(xiàn)的差異，在大尺度空間中才會顯現(xiàn)。

稀疏編碼和密集編碼，哪種更好？

接下來，團隊通過最大似然解碼和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬驗證編碼功能。

結(jié)果顯示，CA1 的密集編碼解碼位置誤差更小、所需神經(jīng)元更少，定位精度更高；而 CA3 的稀疏編碼能讓新空間地圖的學(xué)習(xí)速度快 10 倍以上。地標(biāo)擾動實驗進一步證實，CA3 編碼更穩(wěn)定，環(huán)境變化的影響主要體現(xiàn)在 CA1，驗證了模型假設(shè)。

因此，CA3負責(zé)快速、穩(wěn)定的地圖構(gòu)建，CA1負責(zé)靈活、精細的位置更新。

長程回顧性上下文編碼

在多隔間大環(huán)境中，研究團隊發(fā)現(xiàn)了一個完全超出預(yù)期的現(xiàn)象：長程回顧性編碼。某些神經(jīng)元的活動，會受到蝙蝠100多米前走過的路徑的影響。

這種編碼在 CA1 中更穩(wěn)定、更強，CA3 中則相對較弱。研究排除了飛行軌跡、回聲定位等行為因素的干擾，證實這是真正的上下文記憶效應(yīng)，且其學(xué)習(xí)同樣得益于 CA3 的稀疏編碼。

因此，CA3的稀疏編碼不僅能定位，還能回想“我剛才是從左邊的巷子過來的”這種記憶回溯。

一張圖看懂：海馬雙核如何讓你既能快速認路又能精確定位？

CA3（稀疏編碼）

每個神經(jīng)元只標(biāo)記一個小區(qū)域 → 快速學(xué)習(xí)，幫你快速畫出路線草圖

CA1（密集編碼）

一個神經(jīng)元標(biāo)記多個位置 → 精準(zhǔn)定位，幫你填充細節(jié)、精確定位

分工合作

CA3快速學(xué)習(xí) → 將信息傳遞給CA1 → CA1精確定位 → 完成導(dǎo)航

因此，CA3負責(zé)“快”，CA1負責(zé)“準(zhǔn)”。兩者配合，讓你既能快速記住新路，又能精準(zhǔn)判斷自己在哪。

小編寄語：

過去幾十年的海馬研究，幾乎都在幾十厘米的迷宮中進行。本研究用飛行蝙蝠將空間尺度拉到百米級，發(fā)現(xiàn)CA3和CA1的分工只有在大尺度下才真正顯現(xiàn)。

AD患者的早期癥狀之一是迷路和空間記憶衰退。本研究揭示的CA3-CA1分工，為診斷和治療提供了更精細的環(huán)路靶點。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10537-0

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