海马体中认知地图与空间学习的拓扑模式

哺乳动物的空间导航基于构建其环境的心智表征——认知地图。然而，这种认知地图的本质及其在神经结构和活动中的基础仍然模糊不清。一个关键困难在于，这些地图是集体的、涌现的现象，无法还原为单个神经元所提供输入的简单组合。在本文中，我们提出了将单个细胞的脉冲信号整合为空间地图的计算框架，我们将其称为模式（schemas）。我们给出了由不同类型的拓扑关系定义的四种模式的例子，这些拓扑关系可能在脑内被神经生理学编码，并证明每种模式都提供了其自身对环境的大尺度特征——模式积分。此外，我们发现，在所有情况下，这些积分的学习速度都快于神经网络完整训练的速度。因此，所提出的模式框架区分了空间学习的认知层面与神经网络层面的生理层面。