Nat:不同皮层中神经元群体在作出决策时显著不同地发挥功能

邓文龙

Nature：揭示不同皮层中的神经元群体在作出决策时显著不同地发挥功能

团结力量大  作出尽可能最好的选择  协同发挥作用

2017-07-22 14:18

图片来自Nature, doi:10.1038/nature23020

2017年7月22日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，通过培训小鼠在一种虚拟现实迷宫中执行一项声音识别任务，来自美国哈佛医学院和意大利理工学院（Istituto Italiano di Tecnologia）的研究人员鉴定出不同的大脑皮层区域中的神经元群体在作出决策期间如何发挥功能上存在着显著差别。这一发现阐明了参与工作记忆（working memory）和决策的潜在神经机制。相关研究结果于2017年7月19日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Distinct timescales of population coding across cortex”。论文通信作者为哈佛医学院神经生物学助理教授Christopher Harvey和意大利理工学院神经计算实验室研究员Stefano Panzeri。

为了研究不同的大脑区域中的神经元群体如何协同发挥作用，Harvey和他的同事们（包括哈佛医学院神经生物学博士后研究员Caroline Runyan、意大利理工学院研究员Eugenio Piasini和Stefano Panzeri）训练小鼠在一种虚拟现实环境中完成简单的任务。

当在气垫上漂浮的球体上奔跑时，这些小鼠经过投射在它们前面的屏幕上的T形迷宫。这些研究人员给它们提供声音，而且它们必须通过在T型交叉口向哪个方向转向来报告这种声音是来自它们的左边或右边。

团结力量大

当这些小鼠完成这项任务时，这些研究人员记录神经元群体的活动，一次大约记录来自听觉皮层（auditory cortex）和后顶叶皮层（posterior parietal cortex）的50个神经元的活动。听觉皮层加工声音刺激信号。后顶叶皮层接受来自听觉皮层和其他的感觉区域的信息，与更多的复杂认知功能相关联。

这些研究人员开发新的计算技术，从而允许他们同时分析每个神经元对它的相邻神经元活动的影响。他们发现在听觉皮层内的神经元群体中，各个神经元往往彼此独立地发挥作用，即每个神经元对其他神经元没有什么影响。相反，在后顶叶皮层内的神经元群体中，各个神经元极大地影响着彼此，似乎协同地发挥作用。

单个神经元的活动是短暂的，但是在一起发挥作用的神经元群体在不同的时间点有活性而能够在更长的时间里携带信息。在后顶叶皮层中，这种较强的协作性允许神经元群体携带关于声音识别的信息长达1秒。听觉皮层中的神经元群体携带信息仅几百微秒。

Harvey说，“听觉皮层中的神经元短暂激活非常适合代表快速波动的声音。但是，我们认为后顶叶皮层中的神经云在更长的我们能够观察到的时间尺度上协同发挥作用，这是因为它们需要整合一段时间内的信息来作出尽可能最好的选择。”

为了支持这一假设，这些研究人员发现当小鼠在试验中经过这种迷宫时，它们的后顶叶皮层中的神经元似乎作为一个团队更好地发挥作用，它们更可能作出正确的选择，这表明这些神经元的活动更强地偶联在一起。在具有更弱偶联性的试验中，小鼠似乎更可能作出错误的选择。

尽管几十年来，人们已研究单个神经元的活动，但是近期技术上取得的进展已允许神经科学家们同时研究较大的神经元群体。Harvey说，这项研究的结果对破解神经元群体如何彼此相互作用和揭示不同时间尺度的神经元活动等突发性质是比较重要的。

Harvey说，“我们的希望是如果我们能够理解导致听觉皮层和后顶叶皮层之间差异产生的神经网络和突触机制，那么这就可能揭示产生短期记忆（或者说工作记忆）的机制。我认为我们开始开发研究神经元群体的工具和方法越多，我们将更多地理解大脑。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Caroline A. Runyan, Eugenio Piasini, Stefano Panzeri et al. Distinct timescales of population coding across cortex. Nature, Published online 19 July 2017, doi:10.1038/nature23020

http://news.bioon.com/article/6706973.html

http://www.nature.com/nature/jou ... oxtrotcallback=true



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