一种理解网络神经系统动态表征的新框架

- 编辑:大众自然网 -

一种理解网络神经系统动态表征的新框架

人类大脑中的神经元群产生的活动模式代表了我们所感知到的刺激信息,然后通过被称为突触的神经细胞连接将这些模式传递到大脑的不同区域。到目前为止,大多数神经科学研究都集中在神经元信息处理的两个主要组成部分上。例如,以神经活动的形式表现刺激,并在模拟神经相互作用的网络中传递这些信息),而不是一起探索它们。

宾夕法尼亚大学的一组研究人员最近回顾了研究这两个组成部分的文献,以建立一个完整的框架,更好地描述神经元群是如何处理信息的。他们的论文发表在《自然神经科学》上,介绍了一个整体的理论视角,可以为未来专注于神经信息处理的神经科学研究提供信息。

“在过去十年左右的时间里,神经科学家已经使用更复杂的工具来了解大脑是如何表达它在周围环境中看到或听到的东西的,”进行这项研究的两位研究者Harang Ju和Danielle Bassett告诉Medical Xpress。一些研究人员将大脑表征作为大脑活动的单一模式来研究,而另一些研究人员则将表征作为活动的变化模式来研究。我们论文的目的是探索如何理解大脑作为神经单元的网络以及它们之间的联系,以帮助推动该领域更好地理解神经表征的动态本质。”

宾夕法尼亚大学巴塞特领导的实验室认为复杂的系统,如人脑,是由许多独立的部分(即大脑)组成的网络。以及这些部分之间的交互(例如,节点)。,边缘)。研究人员将大脑中较大的功能区和较小的单个神经元都称为神经单元。这些单元通常被组织成相互连接的社区。

“我们借用了动力系统理论的观点来描述神经单元网络的结构如何决定一个人可以在个体社区和不同社区中观察到的动态范围,”朱说。

在他们的论文中,Ju和Bassett首先回顾了专注于神经表征或网络模型的两个研究领域。随后,他们也回顾了一些最近的研究,试图解释或调查这两个组成部分一起。

在回顾了之前的文献之后,研究者试图将神经表征和网络模型整合到一个单一的、整体的动态神经表征框架中。在此过程中,他们提出了两个重要的建议:每一组神经元或神经元种群都有自己的内部动态,不同的种群可以相互作用来完成高度复杂的计算。

“通常,神经表征被认为是简单地从大脑的一个区域传递到另一个区域,就像电话游戏一样,你在人与人之间传递一个词,”Ju解释说。“我们的建议更像是一个鸡尾酒会,每个人都有自己的倾向,相互交流,形成一个高度复杂的对话结构。”

朱和巴塞特设计的整体框架是将神经信息处理的两个主要方面结合起来的最早的理论模型之一。在未来,其他研究团队可以使用这个框架作为总体研究神经处理的一般参考。因此,它可能为神经网络如何处理信息的新发现铺平道路。

“我们一直在实验室工作,以量化全脑和神经元的大脑动态,”朱说。“我们现在计划扩展这项工作,进一步探索大脑连接的结构如何影响其对不断变化的环境的表现。”