Audio Edition: Concept Cells Help Your Brain Abstract Information and Build Memories
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大脑中的单个细胞会为特定的想法而发光。这些概念神经元，曾经被称为“詹妮弗·安妮斯顿细胞”，帮助我们思考、想象和回忆生活中的片段。</context> <raw_text>0 欢迎收听Quanta音频版。在每两周播出的这些节目中，我们都会直接从Quanta网站上为您带来关于基础科学和数学发展的故事。我是苏珊·瓦莱特。当我们思考特定想法时，大脑中的单个细胞会发光。这些概念神经元，曾经被称为詹妮弗·安妮斯顿细胞，帮助我们思考、想象和回忆生活中的片段。接下来就是这个。

每周二查看此订阅源以获取Quanta播客。在那里，主编萨米尔·帕特尔会与我们的撰稿人和编辑讨论更多Quanta最受欢迎、最有趣和最发人深省的故事。想象一下，你正在进行第一次约会，在一个酒吧里啜饮马提尼酒。你吃了一颗橄榄，耐心地听着你的约会对象告诉你他在银行的工作。

你的大脑正在处理场景，部分是通过将其分解成概念：酒吧、约会、马提尼酒、橄榄、银行。在你大脑深处，被称为概念细胞的神经元正在放电。你可能有为马提尼酒放电但不对橄榄放电的概念细胞，或者为酒吧放电的概念细胞，如果你以前去过那个特定的酒吧，甚至可能是那个特定的酒吧。

银行的概念也有其自身的一组概念细胞，也许有数百万个。在那里，在昏暗的酒吧里，你开始为你的约会对象形成概念细胞，无论你是否喜欢他。当某些事情让你想起他时，这些细胞就会放电。概念神经元会为其概念放电，无论它是如何呈现的。在现实生活中或照片中，在文本或语音中，在电视上或在播客中。

华盛顿大学的神经科学家伊丽莎白·布法罗说，这更抽象，而且与你所看到的真正不同。几十年来，神经科学家一直嘲笑大脑可能具有如此强烈选择性的想法，甚至低到单个神经元的水平。对于我们在一生中接触到的看似无数的概念，怎么可能存在一个或多个神经元呢？

波恩大学的神经生物学家弗洛里安·莫尔曼说，这是低效且不经济的。但是，当研究人员在21世纪初发现概念细胞时，笑声开始消退。在过去的20年中，他们已经确定概念细胞不仅存在，而且对大脑抽象和存储信息的方式至关重要。

新的研究，包括最近发表在《自然通讯》上的一项研究，表明它们可能是我们形成和检索记忆的核心。

马德里康普顿斯大学的数学家瓦莱里·马卡罗夫-斯利夫斯内娃进行了理论计算以证明概念细胞的存在。他说，我们知道大脑通过神经元回路的复杂动力学来处理有关外部世界的信息，但单个细胞也可能在大脑重建现实中发挥重要作用。

他说，随着时间的推移，自然界使用了简单但有效的概念，而不是处理复杂的分布式计算。他说我们比我们想象的更简单。

对神经科学家来说，概念细胞的概念是一个笑话，直到它不再是笑话。1969年，神经科学家杰罗姆·莱特文在麻省理工学院做了一个后来著名的演讲。他以嘲讽的语气向他的学生讲述了一个关于虚构神经外科医生的故事。这位医生正在看一位与母亲关系紧张的虚构病人。为了帮助他，神经外科医生删除了病人大脑中编码他母亲的一个细胞。

关于她的所有记忆，都消失了。神经外科医生对自己的成就非常满意，他继续他的研究，寻找祖母细胞。理论上，祖母细胞是一个隐藏在你大脑中860亿个神经元中的单个神经元，它编码你的祖母之一。你删除它，然后砰的一声，你所知道关于那个人的一切都会从你的大脑中消失。

没有人认真对待这个想法。你遇到的每一个人都有一个细胞？是的，没错。

但并非所有人都对此嗤之以鼻。在20世纪90年代，由神经外科医生伊扎克·弗里德领导的加州大学洛杉矶分校的一个研究小组开发了一种新型电极，可以观察单个神经元的活动。这是当时前所未有的分辨率水平。弗里德是一位科学家，也是一位外科医生，他一直对记忆和我们的精神生活感到好奇。他

他说，不知何故，整个外部世界被转化成大脑中的一些表征。这种表征可以反映在模糊和抽象的概念中，没有来自现实世界的细节。那会是什么样子呢？

弗里德和巴塞罗那海洋医院研究所的神经科学家罗德里戈·基安·基罗加与西雅图艾伦脑科学研究所的神经科学家克里斯托夫·科赫合作进行调查。癫痫患者已经在他们的大脑中植入了电极作为他们的医疗治疗的一部分，因此研究人员获得了这些患者的同意，以记录和分析他们的神经活动。

电极进入每个患者的内侧颞叶，这是大脑的一部分，包括杏仁核、肾上腺皮质和海马体，它是情绪和记忆的中心。

然后他们向患者展示了物体的图片。2000年，研究人员报告说，单个神经元似乎通过为每个类别中的多个图像放电来表示面部、场景、房屋或动物等广泛类别。结果表明，类似祖母细胞的东西可能存在，但前提是这些细胞对不仅仅是图像本身做出反应。

在21世纪初，基罗加正在摆弄他创建的一个用于分析电极数据的算法。它使他能够识别比以前更多的神经元，甚至那些很少放电因此难以检测到的细胞。他说他可以看到以前人们看不到的神经元，因为他使用了从物理学和数学中学到的技巧。他想看看这些神经元的作用。

起初，基罗加向癫痫患者展示了理查德·费曼和阿尔伯特·爱因斯坦等科学家的图像，以查看神经元是否对个人做出反应。当患者无法识别科学家时，他尝试向他们展示更易于识别的地方和人物的照片，包括演员詹妮弗·安妮斯顿，她是热门情景喜剧《老友记》的明星。令他高兴的是，他发现一个对这位演员做出反应的神经元。

这提出了一个新的问题：神经元是对詹妮弗·安妮斯顿的照片做出反应，还是对詹妮弗·安妮斯顿的概念做出反应？在一个后续实验中，他向患者展示了七张安妮斯顿的不同照片，发现同一个神经元对所有照片都放电，但对其他演员或物体的图像却没有放电。然后他开始识别其他著名地点和人物的神经元。

他发现一个只对哈莉·贝瑞做出反应的神经元，另一个只对比萨斜塔放电的神经元。基罗加写出了奥普拉·温弗瑞的名字。为她的照片放电的相同神经元也为她的书写名字放电。这意味着神经元没有对图片的特征（如亮度或颜色）做出反应。它们与上下文无关。它们是对奥普拉作为一个概念做出反应。

他知道他观察到的一个神经元放电并不意味着每个概念只有一个神经元。如果真是这样，找到它的机会接近于零。基罗加说，他过去常常开玩笑说，如果真是这样，他会放弃科学，开始赌博，因为他将是有史以来最幸运的人。相反，他相信大脑对每个概念都必须有许多神经元，但他不知道有多少。

2005年，该团队在《自然》杂志上发表了他们的研究结果，这些细胞被称为詹妮弗·安妮斯顿细胞。科赫说，起初，让人们接受这种细胞存在的可能性是最困难的事情，这主要是因为长期以来对祖母细胞的负面含义。但这些是祖母细胞吗？

基罗加说他非常反对这种观点。当然，这些细胞具有高度选择性，只对安妮斯顿放电，或者有时也对可能让她想起的其他相关人物放电，例如其他《老友记》演员。但是祖母细胞的概念假设了一个一对一的概念与细胞比率，而这些细胞并非如此。

在发表他们的数据一年后，该团队计算了一些数字。使用心理学家估计大脑可以区分大约20,000个语义概念，他们计算出数百万个细胞将为每个概念编码，并且每个概念细胞可以为数十个不同的（尽管通常相关的）概念编码。

例如，为哈利·波特放电的细胞也可能为他的魔法学校伙伴罗恩·韦斯莱或赫敏·格兰杰放电。也许他们甚至会为《指环王》中的巫师甘道夫放电。

神经生物学家弗洛里安·莫尔曼指出，这是相同的职业，即使是不同的故事。他说，有时你会对一个特定的人进行狭窄的调整，而对其他人则不会。有时你会进行更广泛的调整，例如对巫师类别的调整。他说，同一个概念细胞也可能对魔杖或穿着长袍留着胡子的老人放电。

概念细胞可以编码任何东西，但它们不用于物体识别。它们太慢了。这些细胞在延迟约300毫秒后放电。

洛杉矶西奈山医疗中心的神经科学家尤利·鲁迪沙泽说，目前尚不清楚为什么需要这么长时间。相反，这些细胞似乎深入到更内部的过程，形成一个由过去的经验和记忆所告知的抽象表征。

每个人都有不同的概念集和编码它们的细胞。并非每个人都看过《老友记》或追随名人文化。相反，概念细胞会为我们关心或与之有某种历史的人或物体发展。例如，你的大脑可能会在你的约会对象和你遇到他的酒吧之间形成关联，因此你对这个男人的概念细胞也可能对这个酒吧放电。但是，只有当酒吧与这个人紧密联系时，这才成立。

莫尔蒙特说，如果你经常去一个地方，同一个神经元不太可能同时为两者放电。在发表这项工作多年后，基罗加（他不喜欢被称为詹妮弗·安妮斯顿神经元的人）试图让“概念细胞”这个术语流行起来。直到2012年，当他在《自然》杂志上发表了一篇题为“概念细胞：陈述性记忆功能的构建块”的论文时，它才流行起来。

这篇论文提出了他的假设，即大脑使用概念细胞将来自世界的信息转换成记忆。这个过程需要抽象。我们从经验中提取相关信息，去除不必要的细节，并将其存储起来。

概念细胞是想法的抽象表示，例如特定的人或物体。因此，基罗加提出，概念细胞可能连接在一起形成新的关联，就像句子中的单词一样，并作为记忆的构建块，就像用句子构建故事一样。基罗加说，这是我们如何存储记忆的框架。

对许多科学家来说，概念细胞连接并交织在一起形成记忆的想法在直觉上是有道理的。记忆对我们的生存很重要。因此，波恩大学与莫尔蒙特一起工作的研究生西娜·麦凯说，这是为什么我们的大脑能够拥有如此高度专门化以独立语义概念的最佳解释。

事实上，在最近发表在《自然通讯》上的一项研究中，他们的团队发现了迄今为止最强的实验证据，表明概念细胞可以将特定物体与我们长期记忆中的位置联系起来。几十年来，研究人员一直在研究存储在我们大脑中位置信息的细胞。这项研究发现，概念细胞和位置细胞的放电模式与患者记住物体位置的能力相关。

作者写道，概念细胞是我们记忆中的“什么”，而位置细胞是“哪里”。概念细胞也与工作记忆相关，工作记忆在你去杂货店购物或记住电话号码时会暂时激活。神经科学家乌利·鲁迪沙泽说，这种类型的记忆容量低，需求高。他说，如果你稍微分心一下，它就消失了。

2017年，他的团队发现，当你试图将项目保存在工作记忆中时，概念细胞会保持活跃几秒钟。在2024年底发表在《神经元》杂志上的一项研究中，他的团队发现，当患者的概念细胞活跃时，工作记忆更有可能迁移到长期记忆中。当你想象一个场景或讲述一个故事时，工作记忆也会启动。

彼得·罗尔夫塞马在荷兰神经科学研究所研究视觉、感知和记忆。他提出了这个故事：史莱克和詹妮弗·安妮斯顿走进一家酒吧。也许史莱克点了一杯啤酒。当你听这句话时，安妮斯顿、史莱克和酒吧的概念一个接一个地结合在一起。概念细胞可能在这个想象中发挥了作用。

罗尔夫塞马说，你正在你的工作记忆中构建一些东西，它正在逐渐变得更丰富，也许更逼真。然后故事就展开了。罗尔夫塞马的研究小组最近发现，概念细胞也对代词做出反应。在这项研究中，代表史莱克的代词“他”照亮了与史莱克相同概念细胞。

罗尔夫塞马说，然后代词将注意力引向概念史莱克，他将成为下一句的主语。他认为，你实际上可以测量这一点，这很美妙。研究人员正在争论概念神经元如何与大脑表示外部世界的其他模式相适应。纽约大学研究海马体数十年的神经科学家尤里·布扎基说，概念神经元是一个了不起的发现。

但是概念的表示发生在大脑的不同尺度上，在单个神经元的水平上，也在细胞群体的水平上。布扎基说，问题是，什么更重要？寻找答案的一个障碍是概念细胞很难定位。

目前，它们只能在临床环境中进行研究，在临床环境中，患者正在接受手术以出于医疗原因植入电极。这限制了谁可以研究这些细胞以及如何研究这些细胞。此外，加州大学圣地亚哥分校的神经科学家科里·米勒说，定义它们并不容易。“概念”本身的定义模糊不清。例如，没有人能说我们是否有像情绪这样的经验的概念细胞。

一个有趣的想法是，不同的海马细胞可以重新映射以在不同的上下文中执行不同的工作。但布扎基说，当你开始回顾历史和整体情况时，你就会开始挠头。他说有时间细胞、位置细胞、边界细胞、边界向量细胞、概念细胞。他说，在某一点上，你必须想知道，如果海马体中的神经元数量有限，那该怎么运作。

神经科学家伊丽莎白·布法罗说，这些神经元可能会根据手头的任务扮演不同的角色并承担不同的身份。当它需要成为詹妮弗·安妮斯顿的概念细胞时，它就是。当它需要成为位置细胞以帮助你导航到酒吧的马提尼酒时，它就是一个位置细胞。科里·米勒说，这有点像瑞士军刀细胞。

少数几个可以接触到患者和记录单个神经元活动的技术的团队正在兴奋地继续他们的实验。莫尔蒙特想要了解概念细胞究竟可以抽象到什么程度。在他初步的数据中，他发现一些概念细胞对广泛的、无定形的概念（如政府和税收）做出反应，但更多的是对具体的概念（如詹妮弗·安妮斯顿）做出反应。

与此同时，基罗加希望证明概念细胞是人类特有的。这是一个备受争议的想法，可能具有深远的影响。他说，如果其他动物无法在大脑中表示概念，这可能是我们智力的基础。好了，现在，砰！

在听到所有这些之后，你可能已经形成了编码概念细胞的概念细胞。这是一个我们不知何故能够理解的概念。迈克尔·卡尼亚戈洛帮助制作了这一集。我是苏珊·瓦莱特。有关此故事的更多信息，请阅读Yasmin Sapakoglu的完整文章《概念细胞帮助你的大脑抽象信息并构建记忆》，网址为quantummagazine.org。

我是史蒂夫·斯特罗加茨。我是珍娜·莱文。在本季Quanta杂志的《为什么的快乐》节目中，我们一起坐下来。我们有自己的研究领域，但我们并不总是有机会深入讨论我们领域以外的科学和数学。我们将询问研究人员那些激励他们并导致令人难以置信的发现的大大小小的时刻。许多科学新闻媒体都报道了应用工作，如健康和技术，但是

但我们涵盖了对生命、现实、数字和信息研究中的重大问题。我们希望这些故事也能激发你的好奇心。加入我们，感受Quanta杂志《为什么的快乐》。