研究表明,我们的大脑是如何在熟悉的、重复的

- 编辑:大众自然网 -

研究表明,我们的大脑是如何在熟悉的、重复的

基于早期在老鼠身上的实验结果的新研究表明,我们的大脑从来没有休息过,即使我们对周围的世界没有任何了解。

我们的大脑经常被比作计算机,学习技能和记忆存储在数十亿神经细胞的活动模式中。然而,新的研究表明,对特定事件和经历的记忆可能永远不会安定下来。相反,存储信息的活动模式会不断变化,即使我们没有学到任何新东西。

为什么这不会导致大脑忘记它所学到的东西呢?来自剑桥大学、哈佛医学院和斯坦福大学的这项研究,揭示了大脑如何能够在代表信息的大脑信号发生巨大变化的情况下,可靠地获取存储的信息。

这项研究由剑桥大学工程系的蒂莫西·奥利里(Timothy O’leary)博士领导。研究表明,当大脑移动时,大脑的不同部位可能需要重新学习和记录其他部位的信息。他们的研究发表在开放获取的《生活》杂志上,首次证明了神经活动的持续变化与学习技能的长期记忆是相容的。

研究人员得出这个结论通过建模和分析的数据来自一项实验,小鼠训练副视觉线索的一个4.5米长虚拟现实的迷宫在一个丁字路口,左转或右导航到前一个奖励。2017年的研究结果显示,大脑中的单个神经细胞不断改变它们编码的关于学习任务的信息,尽管小鼠的行为一直保持稳定。

实验数据包括在控制和计划运动的大脑区域同时记录的数百个神经细胞的活动模式,记录的分辨率在人类中尚不可能。

奥利里说:“在这么大的细胞集合中找到连贯的模式是很有挑战性的,就像通过观察随机的个体样本来确定一大群昆虫的行为一样。”“然而,在某些方面,大脑本身需要解决类似的任务,因为大脑的其他区域需要从相同的人群中提取和处理信息。”

神经细胞与数百甚至数千个相邻细胞相连,通过加权和汇集信息来提取信息。这与民意调查人员在选举前使用的方法有直接的相似之处:收集来自多个来源的调查结果,并根据其一致性进行“加权”。通过这种方式,即使单个测量值变化很大,也能产生稳定的模式。

剑桥大学的研究小组利用这一原理构建了一个解码算法,从数百个细胞的复杂活动中提取一致的、隐藏的模式。他们发现了两件事。首先,确实存在一个一致的隐藏模式,可以准确地预测动物的行为。其次,这种一致的模式本身会随着时间的推移而逐渐改变,但不会剧烈到解码算法跟不上的程度。这表明大脑不断地修改内部代码,在不同的内部回路之间传递信息。

科幻小说探索了将我们的记忆和经历直接从我们的大脑转移到硬件设备中的可能性。如果未来的技术最终允许我们上传和下载我们的思想和记忆,我们可能会发现,如果多年后我们的大脑重新播放自己的活动模式,那么它们将无法解释。苹果的颜色、味道、味道以及与之相关的记忆可能始终如一,但它在大脑中唤起的活动模式可能会随着时间而完全改变。

在不久的将来,这样的谜题可能还只是推测,但正如这项研究所显示的那样,实现这种有限版本的读心术的实验技术已经成为现实。脑机接口是一项迅速成熟的技术,能够控制假肢和外部硬件的人类神经接口已经在临床使用超过十年。剑桥小组的工作强调了从大脑中提取可靠信息的一个重大的公开挑战。

奥利里是信息工程和医学神经科学的讲师,他说:“尽管我们现在可以监测大脑活动,并将其直接与记忆和经验联系起来,但活动模式本身在几天内会不断变化。”“我们的研究表明,尽管有这种变化,我们仍然可以构建并保持一个相对稳定的‘字典’,当动物在熟悉的环境中穿行时,我们可以读出它们在想什么。”

这项研究表明,我们的大脑从来没有休息过,即使当我们没有学习外部世界的任何东西时也是如此。这对我们理解大脑、脑机接口和神经修复有重大意义。”