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作者:刘如楠 卜叶 黄辛 来源:华人科技资讯网 www.yntef.cn 发布光阴:2019/5/8 11:49:58
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“傲娇”的后顶叶皮层脑区: 只爱新刺激,不屑介入低级抉择?

 

走在路上,咱咱咱们的大脑每时每刻都在停止着大大小小的抉择:分岔路口向左还是向右?怎么避开迎面而来的汽车?如何根据标识判断男女洗手间?根据以往的研究,这些抉择行为都与大脑后侧、顶部皮层中的神经元运动高度相干。

可最近的多个研究结果发现,克制后顶叶皮层的神经元并不影响植物在抉择行为中的表示,这在神经科学领域引发了普遍争议。

近日,中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术精彩立异中央、神经科学国度重点试验室徐宁龙研究组化解了这个争议,他咱咱们发现,在植物面对未知感觉刺激时,后顶叶皮层才会启动抉择,发挥关键感化。而面对已有经验的刺激时,后顶叶皮层便不发挥感化。相干研究效果发表于《自然—神经科学》。

争议:后顶叶皮层脑区是否介入抉择?

后顶叶皮层是大脑中一个处理多种感觉、运动信息的结合脑区,可以或许或许接收来自视觉体系、听觉体系和躯体感觉体系的信息传入。不停以来,它被认为在大脑的分类与抉择、空间导航、运动计划、注意等高级功效中发挥着关键感化。

如果后顶叶皮层受损,会出现感觉-运动不协调、空间感知障碍、记忆受损等环境。

此前有研究利用灵长类植物停止试验,颠末长期(数月)的训练后,面对视觉、听觉等刺激,猴子可以或许或许精确抉择。可当后顶叶皮层被克制时,面对这些刺激,猴子仍然可以或许或许精确抉择。由此得出了后顶叶皮层并非必需介入抉择过程的结论。

这引起了徐宁龙研究组的兴趣,他咱咱们想知道,后顶叶皮层被克制后,为什么植物还可以或许做出精确抉择呢?

该论文的第一作者、神经科学研究所的博士生钟林想起了小时候爸妈教他学习辨认男女卫生间标识的阅历,在爸妈教过几次之后他便能积聚起经验,从而精确区分。

放到猴子身上来,颠末一年的反复的学习强化,被归类到认识的认知领域后,当它再次面对该刺激时,或许仅凭经验就能作出反应,而不再必要后顶叶皮层的介入?

发现:后顶叶皮层是小鼠“举一反三”的关键

为了解答这个成就,研究职员决定利用小鼠停止试验。他咱咱们给口渴的小鼠供给阁下两个水嘴,前后给小鼠播放8kHz和32kHz的“滴”声,当播放8kHz的低频声音时,左边水嘴供水,反之右边水嘴供水。为了能疾速喝到水,小鼠必需根据声音的频率大小做出抉择。

小鼠咱咱们天天要阅历400-500次如许的练习,在10天之后,终于可以或许或许近乎完善地分辨声音,找对水嘴。

“这两个声音颠末了反复强化学习,就像老师讲的例题,一样平常大家都能节制。可如果面对新的成就,小鼠咱咱们还能举一反三吗?咱咱咱们又利用新的、小鼠没听过的声音停止刺激试验,这是本研究的一个立异点。”钟林说。

后来,他咱咱们将刺激声音分离换成为了11.3kHz、13kHz、14.9kHz等低频段和17.1kHz、19.7kHz、22.6kHz等高频段的声音。结果发现,即使小鼠从来没听过这些声音,也很容易分辨出高低频率,疾速喝到水。

“就像咱咱咱们人类,即使没见过统统卫生间标识,也依然可以或许或许精确区分。”钟林说。

可是,当研究职员利用化学药物和光遗传技术克频后顶叶皮层的活性后,小鼠咱咱们便只会做反复学习过的“例题”,即精确区分8kHz和32kHz两种声音,疾速喝到水。而听到介于二者频率之间的新声音,它咱咱们便不能很好地区分,喝不到水的概率很高。这就表明,后顶叶皮层是小鼠会不会“举一反三”的关键。

验证:后顶叶皮层“只爱新刺激”

双光子显微镜钙成像是一种荧光成像技术,首先将钙探针蛋白表到达神经元中,蛋白在激光的引发下会呈现荧光变更,以此来观测神经元的运动。

利用这种技术,研究职员发现,对付8kHz和32kHz这两个已经学会的声音,小鼠后顶叶皮层中的神经元的反应不显著。而对付新的声音,其神经元反应非常活跃。到了第二天,再次应对同新声音刺激时,其神经元反应又会规复稳固。这就验证了之前的试验结果,后顶叶皮层只在面对“新刺激”的时候才发挥感化。

为了使研究加倍靠得住,徐宁龙研究组给小鼠咱咱们计划了新的任务。对付那些已经可以或许或许分辨低频和高频声音的小鼠,在第二阶段的训练中,改变原有的高低频设定,将本来高频的声音,作为第二阶段的低频声音,同时引入更高频的声音作为新刺激。

研究发现,部分神经元对新刺激和训练刺激有显著区分,但颠末一段光阴的学习后则不再区中麓激与训练刺激,这表明后顶叶皮层在对新刺激停止归类学习中有一个静态编码的过程。

“咱咱咱们的研究不但有助于化解神经科学领域内的争议,更有助于懂得植物智能中的一个关键特性,即如何将学会的领域和概念泛化到新事物中去。对付这一功效神经机制的解析可能对类脑智能研究有所启发,助力开拓具有更壮大顺应性的分类学习算法。”徐宁龙说。

他表示,“咱咱咱们将会进一步在神经环路程度探究后顶叶皮层如何与感觉皮层交换,颠末过程神经可塑性实现分类学习的神经环路机制。”

相干论文信息:https://doi.org/10.1038/s41593-019-0383-6

 
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