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2023

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美首次发现人类大脑动态连接机理


 

  美国神经认识基础研究中心科学家称,他们成功地发现了人类大脑的“动态连接”机理。大脑在“动态”状态下,神经网能飞速连接,以便更敏锐地感觉和认识外来的刺激。

  神经认识基础研究中心是由美国卡耐基梅隆大学和匹兹堡大学联合组建的。研究人员说,他们关于人类大脑工作的分析,将有助于解释例如为何人们注意到一种气味后,大脑就能迅速判断出该气味来自何种物质等现象。研究负责人、卡耐基梅隆大学生物学副教授内森·尔本说:“如果你将大脑视同一台计算机,那么神经元间的连接就是大脑的运行软件。我们的研究显示,生物软件如同一函数,它随系统接收输入量的变化而快速变化。”

  当人们遇到外界刺激如气味时,许多神经元开始发出信号。但众多神经元同时发出信号并非好事,因为这会导致大脑难以准确解释该现象的成因。此时,大脑会产生侧向抑制,在此过程中,受刺激的神经元会向相邻的神经元发出停止发信号的讯息,从而降低背景噪音,让大脑方便且准确地识别外界刺激物。

  在研究过程中,尔本和同事重点分析了大脑嗅球中产生侧向抑制的过程。他们发现,事实上,神经元连接并不是事先设定的,而是针对外界刺激物的特殊模式而发生动态变化。实验中,他们了解到当嗅球中的兴奋神经元以相互关联的方式发出信号时,就确定了具有特点功能的连接。

  研究人员认为,当大量神经元因外界刺激而作出反应时,动态连接加强了侧向抑制,滤除掉其他神经元中的背景噪音。于是,大脑能更加清楚地识别刺激物,并将它同其他类似的刺激物区分开来。

  尔本表示,动态连接机理解释了为什么人一进入房间,就能辨别出有花的气味。而当继续闻辨时,他能确认的确是花的气味,甚至能更确切地知道是玫瑰的气味。尔本同时认为,通过了解大脑这种行为,人们能够将该机理应用到人脑面临的其他问题中。