神经噪声与变异性

神经噪声与变异性，指的是一个令人意外的事实：哪怕你给一个脑细胞看的是一模一样的东西，它几乎也不会有两次完全相同的反应。把同一张图片闪现一百次，或反复播放同一个音调，或在皮肤的同一个点上轻敲一百下，作出响应的神经元每一次发放的脉冲数都会略有不同，时机也略有差别。如果把每个神经元想象成一个人在听到提示后鼓掌，那么大脑与其说像一台精密的机器，不如说更像一群观众：每个人都在鼓掌，但每一轮的节奏和响度从来都不会完全一样。科学家把这种现象称为试次间变异性，它是真实大脑运作方式中最基本的特征之一。

这种摆动从何而来？其中一部分是细胞内部真正的随机性——离子穿过微小通道时本就抖动不定，神经元之间的化学传递有时成功、有时失败，就像一场不太靠谱的传话游戏。但很大一部分其实并不是真正的随机噪声，而是大脑正忙碌着的体现。一个神经元的反应还取决于你的注意力、你的情绪、你有多疲倦、你刚刚看到了什么，以及成百上千万个其他细胞持续不断的背景嘈杂。于是，同一个刺激每次落到的，都是一个状态略有不同的大脑，反应也随之改变。把其中真正随机的部分，和这种有意义的、依赖于状态的部分区分开来，是神经科学的一大难题。

这种变异性之所以重要，是因为它给大脑——以及任何读取大脑的科学家或设备——能多可靠地分辨信号设下了上限。如果两个相似的刺激各自产生的反应范围互相重叠、模糊不清，那么仅凭单次试验就很难判断到底发生了哪一个。为了应对这一点，大脑和研究者都依赖于求平均：把许多神经元的反应汇集起来，或把一次测量重复很多次，让稳定的信号叠加增强，而随机的抖动则部分相互抵消。如今人们认为，这种变异性远不只是一种麻烦，它本身也携带着信息——关于不确定性、关于预期，以及一个环路能多灵活地作出反应——正因如此，它处在现代神经编码理论的核心位置。