大脑如何根据情境（如熟悉或新奇）灵活切换信息处理模式？西班牙跨学科物理与复杂系统研究所的 Claudio Mirasso 和神经科学研究所的 Santiago Canals 及其团队发现，大脑通过精巧地平衡两种抑制性神经回路，来调控不同频率脑电波的相互作用，从而决定是优先处理来自外部环境的新信息，还是调用已有的记忆。
研究团队结合了计算模型与大鼠在不同环境中导航的真实脑电数据，深入探究了大脑信息处理的“路由”机制。他们发现，大脑中慢速的θ波（theta rhythms）和快速的γ波（gamma rhythms）之间的相互作用并非一成不变，而是通过一种名为跨频耦合（cross-frequency coupling，指不同频率的脑电波活动相互协调的现象）的机制进行双向调控。这一调控的关键在于两种不同的神经抑制回路：前馈抑制（feedforward inhibition）和反馈抑制（feedback inhibition）。当大脑处理熟悉信息时，反馈抑制回路占据主导地位，此时θ波会组织和调控γ波的活动，这有助于从海马体等脑区高效地提取和激活已有的记忆。相反，当面对一个全新的环境或刺激时，前馈抑制回路则会增强，使得γ波能够反过来影响θ波的节律，这种模式更利于大脑整合新的感官输入，从而更新或形成新的记忆。研究表明，这两种模式之间的转换是平滑且动态的，完全取决于神经元之间连接强度的微小变化，这赋予了大脑极高的计算灵活性，使其能够根据认知需求，无缝地在“回忆模式”与“学习模式”之间切换。研究发表在 PLOS Computational Biology 上。