中国科学家证实鱼的记忆不止 7 秒，首次揭示斑马鱼连续抉择全脑机制

IT之家 6 月 13 日消息，长久以来，围绕鱼类记忆力的一个常见说法是鱼的记忆仅能维持数秒，但这一流传多年的观点现已被科学研究彻底推翻。2026 年 6 月 11 日，中国科学家在《自然》上发表了一项论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（简称脑智卓越中心）穆宇研究团队与北京大学吴思研究团队合作完成，首次在全脑尺度上揭示了斑马鱼如何利用过往经历调整后续抉择的神经机制。这项研究采用斑马鱼幼鱼全脑尺度单细胞分辨率钙成像、闭环虚拟现实行为、光遗传操控和神经计算建模等多种前沿技术，系统论证了鱼类在数十秒甚至更长时间尺度上保有记忆并据此做出决策的能力。▲ 虚拟现实实验设计及斑马鱼幼鱼连续避障中的历史依赖行为在真实世界中，动物很少每次都从零开始做决定。无论人类还是其他动物，最近发生的事情往往会改变下一次选择。例如，动物在觅食或躲避风险时，常常会根据刚刚获得的线索调整下一步行动的方向。这种由近期经历影响当前感知和行为的现象，在神经科学中被称作序列依赖或历史偏向（serial dependence or history bias）。该现象广泛存在于人类、哺乳动物和昆虫等多种动物中，被认为有助于大脑利用环境的连续性，提高行为效率。然而，此前的研究主要揭示了大脑中哪些区域携带历史信息，但对于这些信息如何被稳定保存、如何被灵活更新、又如何转化为未来行为，科学界一直缺乏清晰的全脑机制层面的解释。▲ 行为过程中斑马鱼幼鱼全脑神经活动的同步记录与关键脑区筛查为解决这一问题，研究团队设计了斑马鱼幼鱼闭环虚拟现实避障行为系统。斑马鱼在虚拟环境中连续遇到从左侧或右侧出现的障碍物，并通过自身游泳信号控制其在虚拟环境中的运动。结果发现，斑马鱼对当前障碍物的躲避行为不仅取决于当下的刺激，还显著受到前一次甚至更早经历的影响。当连续两次障碍物出现在同一侧时，斑马鱼会表现出明显更强的躲避反应。这意味着，斑马鱼能够在数十秒的时间尺度上保存过去的经历，并将其用于调节后续行为。这项研究的关键技术优势在于，科研人员在斑马鱼做出行为决策的过程中，能够以单细胞分辨率同时记录其全脑神经活动，并将这些活动信号与脑智卓越中心杜久林、杜旭飞团队建立的标准斑马鱼全脑图谱进行精确配准。相较于传统研究中仅观察局部脑区或少量神经元的方式，这种全脑尺度的记录结合脑图谱比对，使得研究人员能够在完整的脑网络中，追踪一次连续抉择从感觉输入、记忆保持、跨脑区整合到行为输出的全部环节。▲ 不同计算模块的历史信息解码能力及其神经动力学基于图谱配准结果，研究团队对全脑同步记录到的神经元进行了逐脑区的系统筛查，以确定哪些脑区在障碍物消失后能够继续保留历史信息。结果显示，多个脑区都携带一定的历史信号，其中背侧丘脑的表现最为突出，能够最稳定、最持久地通过持续活动（persistent activity）来区分上一次障碍物来自左侧还是右侧。进一步的实验表明，抑制背侧丘脑的活动会消除这种历史依赖行为，而单侧激活背侧丘脑则可以人为地写入类似“过去经历”的信号，从而改变斑马鱼的下一次选择。这些证据表明，背侧丘脑是维持近期经历并驱动连续抉择的关键脑区。进一步的分析显示，背侧丘脑并不是独自完成整个计算过程。它更像一个“记忆开关”，以稳定的离散状态保存最近一次的经历；而位于脑干的下游神经元群则像一个“积分器”，将丘脑提供的历史信息与当前的感觉输入相结合，形成一个能够反映多次经历积累的连续信号，并最终影响行为输出。换言之，大脑通过跨脑区的分工协同，将一个短暂的感觉事件转化为可持续、可更新、并可用于未来行动的内部状态。▲ “层级吸引子”模型架构、活动以及输出的行为在锁定关键脑区之后，为深入理解这种跨脑区协同在神经网络层面的实现方式，研究团队继续依托脑智卓越中心杜久林、杜旭飞团队建立的斑马鱼全脑图谱资源，将真实生物脑中相关脑区的细胞数量、神经元类型和投射连接等信息引入建模过程，构建了一个脑图谱约束的全脑计算模型。基于这一模型，研究人员将感觉输入层、丘脑吸引子网络和脑干积分器连接起来，成功重现了斑马鱼的连续抉择行为以及相关的神经活动，并揭示了抑制性神经元异质性对于稳定记忆和灵活切换的重要作用。从计算结构来看，该模型提出的“吸引子 — 积分器”全脑协同架构，实现了稳定记忆与灵活更新的兼得 —— 通过不同脑区、不同神经元类型和不同动力学模块的分工协同来完成。这项研究表明，在全脑尺度、单细胞分辨率的研究范式下，全脑图谱不仅是一项解剖学资源，更有望成为连接真实脑结构与神经计算原理的重要桥梁。进一步的模型拓展还提示，类似的架构有望支持更长时程的记忆扩容和运动控制。IT之家附论文地址：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10623-3