事实上,每当神经科学家已经观察了大脑代表信息在工作记忆中,他们发现从一个试验下,即使重复相同的任务,单个细胞的参与和活动变化(这一现象称为“具象漂移”)。在一项新的研究科学杂志学习和记忆,Picower研究所的科学家们在麻省理工学院和伦敦大学发现,不管涉及哪些特定的神经元,整体电场生成,提供一个稳定的和一致的信号要记住的动物是任务的信息。
在某种意义上,连接建立后,现场对神经元本身如同管弦乐队的指挥,每个神经元是一个音乐家,Dimitris Pinotsis说该研究的领导和通讯作者。即使音乐家改变,售票员还坐标谁躺在椅子上产生相同的结果。
“这将确保大脑仍然可以函数即使一些神经元死亡,“Pinotsis说,伦敦大学副教授,Picower麻省理工学院一个研究分支。”乐团的现场确保相同的输出神经元实现即使在各个部分的变化。不需要单个神经元,大脑指挥,电场,是一样的。”
合著者厄尔·米勒Picower神经科学教授,麻省理工学院大脑与认知科学系的,表示电场可能因此提供大脑和集成级别的信息表示,它比水平更抽象的个人细节由单一神经元编码或电路。
“大脑可以使用这种机制操作更整体的水平漂移即使细节,”他说。
测量和数学建模
在这项研究中,Pinotsis和米勒测试电场是否稳定,如果它包含相关信息的任务。为此他们使用的直接测量动物的神经活动执行工作记忆游戏,和随后的数学分析隔离并估计与任务相关的电场。它是不可能直接测量电场,米勒说,因为他们使用的植入电极阵列测量神经活动单独和脑电图电极,坐在外面的头骨接模式太广泛而普遍反映神经元的特定的信息由一个小合奏。
“你必须记录每一个细节,然后举动采取所需的数学,”米勒说。
在比赛中展示的动物的六个位置中的一个点在一个屏幕的边缘,然后变成空白。短暂的停顿之后,或延迟期间,他们将不得不直接注视着屏幕的中心位置,他们刚刚看到明显。在暂停期间,动物们就把暗示方向,Pinotsis和米勒记录神经元的电活动在大脑的表面。
像预期的那样有很多的噪声信号,即使比较轮位置被人铭记的游戏是一样的。首先,符合表征漂移,单个神经元的参与多种多样,而且电极捡起活动不仅从神经元参与任务,而且从细胞工作无关的事情。
孤立的游戏模式在这个混乱不一致的神经活动,Pinotsis建立了一个数学策略,跟踪相关活动的神经元延迟期间。通过确定哪些神经元一起工作和团结地执行任务,他可以决定他们的连通性,因此它们之间的信息流动。从那里,使用标准的生物物理学原理,计算了电场他们的活动是产生在大脑表面他们占领的补丁。
正如米勒打趣道,“字段是“上面”大脑,但仍的“大脑”。
重要的是,估计电场展出属性表明他们代表动物的信息保持在内存中。例如,他们比潜在的神经活动更加一致的时候被铭记的方向是相同的。他们也明显不同,但基于一致的方式暗示位置是被记住——比神经活动。当科学家们训练有素的软件称为“译码”猜哪个方向的动物是控股,译码器相对能更好地做基于电场比基于神经活动。
这并不是说,单个神经元的变化是毫无意义的噪音,米勒说。人们的想法和感觉和动物的经验,即使他们重复相同的任务,每分钟可以改变,导致不同神经元的行为比他们只是以不同的方式。重要的为了完成记忆任务是整个领域保持一致的表示。
”这个东西,我们称之为表征漂移或噪音可能真正计算大脑所做的,但关键是下一个层次的电场,可以摆脱漂移就有信号,”米勒说。
研究者假设该领域甚至似乎意味着大脑可以用来雕刻信息流,以确保所需的结果。通过实施一个特定领域出现,它指导参与神经元的活动。
的确,这是一个科学家们正在调查的下一个问题:电场可以控制神经元的一种手段?
“我们现在使用这个工作是否信息流动的宏观尺度水平电场单个神经元的微尺度水平,“Pinotsis说。”乐团的类比,我们现在使用这个工作是否一个导体的风格改变了个体成员的乐队演奏乐器。”
参考:米勒Pinotsis哒,艾克。超越降维:稳定电场摆脱并允许表征漂移。科学杂志。3月8日在线发表2022:119058。doi:10.1016 / j.neuroimage.2022.119058
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