步入一个从未去过的陌生街区或大型场馆，哪怕只是匆匆走过一遍，我们脑海里就能迅速建立起大致的方位感，不至于原地迷路；而如果在这个环境里多停留、多探索一会儿，脑海中的路线图又会变得越来越清晰，哪里有出口、哪里有特定的标志物，都会被精准地标注出来。

这种在陌生环境中迅速建立内部“认知地图”的能力，对人类和动物的生存至关重要。然而在神经科学领域，这背后却隐藏着一个长期未解的矛盾：如果大脑需要通过反复的经验学习来建立神经元之间的突触可塑性连接，那么动物在刚进入新环境的前几分钟里，是如何避免“两眼一抹黑”的？大脑究竟怎样同时兼顾空间编码的“速度”与“精度”？

近日，华东师范大学生命科学学院、脑功能基因组学教育部重点实验室徐佳敏研究员与林龙年教授团队在国际知名生物学期刊 Current Biology 发表了题为“Dual-mode dynamics in hippocampal populations enable rapid and precise spatial coding”的研究论文。研究团队发现，大脑海马体在面对全新环境时，采用了一套“骨架先行、细节后补”的双模动态策略。更巧妙的是，大脑在静息停顿时的“离线”脑电波，能够像“超前部署”一样，提前为这套空间地图的搭建做好准备。

神经元画地图也有分工：“速写打底”与“精雕细琢”

大脑的海马体中有一群专门负责定位的“位置细胞（Place cells）”，当动物走到特定位置野区域（Place fields）时，对应的细胞就会放电，如同在脑内地图上点亮坐标。为了弄清这张地图在陌生环境中是如何从无到有搭建起来的，研究团队记录并追踪了大鼠在全新跑道上探索时，海马体CA1区神经元群体的活动轨迹。

研究人员发现，面对新环境时海马体内的神经元并非采用同一种步调工作，而是展现出了截然不同的两种动态模式：

• 即刻上岗的“骨架细胞（Backbone cells）”：当大鼠第一次踏上陌生跑道时，约38%的位置野在第一圈跑动中就迅速涌现。表达这类位置野的骨架细胞反应极快且性质稳定，就像画家落笔时迅速勾勒出的“速写轮廓”，在进入新环境的第一时间就撑起了空间定位的基本盘，让动物立刻拥有初步的方向感。

• 循序渐进的“经验依赖型细胞（Experience-dependent cells）”：其余约62%的位置野则是在随后的多圈跑动中，随着探索经验的积累才一步步涌现出来的。这群“慢热”的细胞一旦加入网络，不仅能提供更精确的空间位置信息，还会重点向放置了食物奖励的区域聚集。它们就像是在速写轮廓上不断添砖加瓦的“工笔画师”，负责把空间地图一步步打磨得更加精细、实用。

这种“双模式”分工，让大脑无需等待漫长的突触可塑性过程全部完成，就能先用一套现成的“骨架”应对眼前的导航需求，再在探索过程中边走边把地图修得更准。

图1 即刻涌现的位置野快速勾勒轮廓，渐进涌现的位置野逐步打磨细节

停下休息时的大脑也没闲着：离线脑波的“超前部署”

既然“骨架细胞”能一上场就发挥作用，“经验依赖型细胞”又能一步步融入现有网络，那么大脑是在什么时候完成这些组织工作的？研究团队把目光投向了大鼠在休息、发呆等“离线（Offline）”状态下的脑电活动——尖波涟漪（Sharp-wave ripples, SWRs）及相关的群体细胞同步放电事件。

以往人们常把这种离线脑波看作大脑的“事后复盘”，认为它主要通过回放刚刚经历过的路线来巩固记忆。但研究团队通过新型贝叶斯解码模型深入分析离线状态下的神经群体活动后，观察到了一个极具前瞻性的现象：

一方面，早在大鼠还没进入新跑道、仍在笼中休息时（H0 阶段），那些后来成为“骨架”的细胞，就已经在离线脑波中表现出了与未来真实空间地图相匹配的协调活动；另一方面，对于那些慢热的“经验依赖型细胞”，在它们真正在跑道上形成稳定位置野的前几分钟（当大鼠在跑道上短暂驻足休息时），它们在离线脑波中的空间调谐保真度就已经提前出现了显著拉升。

这说明离线状态下的大脑网络动态远不止是在“温故”，更是在“知新”。它前瞻性地同时承担了两项任务：既预先组织好了用于即刻空间编码的稳定神经骨架，又将那些即将用来完善地图细节的经验依赖型细胞提前编织进了网络之中。 动物看似在停顿休息，大脑内部其实已经为下一刻的探索完成了“超前彩排”。 

图2 离线状态下的大脑网络活动对未来空间地图的“前瞻性预演”

这项研究揭示了大脑海马体化解“速度与精度”矛盾的核心策略：用预组织的“神经骨架”打底以实现快速响应，再借助真实探索经验与离线脑波的“前瞻性微调”，持续扩充并优化认知地图。有趣的是，生物大脑演化出的这套“预组织（Pretraining）+ 经验微调（Fine-tuning）”生理机制，与当下人工智能模型的训练思路不谋而合，不仅为我们理解大脑学习与记忆的动态本质提供了全新视角，也为未来开发更高效、更具环境适应力的类脑导航算法带来了重要启发。

华东师范大学生命科学学院博士生任明龙与冯世庆为该论文的共同第一作者。华东师范大学生命科学学院、脑功能基因组学教育部重点实验室徐佳敏研究员为论文的第一通讯作者，林龙年教授为共同通讯作者。本研究得到了科技创新2030—“脑科学与类脑研究”重大项目以及中央高校基本科研业务费等项目的资助。 

附：

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.09.052