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神經元研究新發現人腦信號模式:相移

在過去幾十年來,科學家對大腦活動的研究聚焦於測量在執行特定任務的時候個體神經元受到觸發的次數。新研究發現,人類大腦內還有一種叫做相移(phase precession)的神經元活動模式,將開啟大腦研究的一個新領域。

所謂相移簡單理解就是特定神經元被觸發的精確時間點,隨着大腦認知活動的進展而出現變化的規律。最早在上世紀90年代,科學家第一次觀察到小鼠在認路、在地理空間內活動的時候,大腦神經元出現相移的信號模式。

科學家認為這種信號模式與大腦順序記憶的功能相關,但是從來未曾在人類的大腦上見過這種信號模式。5月11日發表於《細胞》(Cell)期刊的研究,第一次報告觀察到人腦神經元也有相移的模式,而且發現人腦的這種信號模式不僅與空間的順序性相關,還與人腦在逐漸達成一個抽象目標的進展相關。

主要研究者哥倫比亞大學工程與應用科學學院的卡西姆(Salman E. Qasim)說:「我們確信相移是一種用於學習和認知的通用神經編碼模式,很值得深入研究。」

研究人員利用13位神經外科患者在加利福尼亞大學洛杉磯分校(UCLA)參與另一項癲癇外科手術研究的機會,獲得了他們腦部神經元數據的記錄。這些患者的腦部已經植入了電極接受治療研究。研究人員給每人一個手持控制器,讓他們在筆記本電腦上完成虛擬空間內的導航任務。

合作研究者UCLA癲癇手術項目負責人弗萊得(Itzhak Fried)說:「這項研究展示,在癲癇或其它神經失調疾病外科治療環境下的患者,可以幫助我們從單個神經元的層面得到獨特的見解。這一次,患者通過完成一個簡單的任務,揭示了人腦大腦在環境認知方面一種基礎的編碼模式。」

之後,研究組還考察了在更複雜的認知功能上是否存在相移編碼模式,例如讓患者尋找特定的目標,比如找到特定的建築物。研究人員驚訝地發現,患者的額葉皮層(frontal cortex)區域出現了相移的信號模式。

沒有參與這份研究的同行美國貝勒醫學院(Baylor College of Medicine)的權威神經外科醫生謝斯(Sameer Sheth)很佩服這項發現。「要想了解大腦對於複雜的認知功能,比如接近目標,所出現的神經表徵,從動物模型上很難進行研究。這份研究展示原來人類大腦在接近目標的過程中會出現相移的信號模式,看來這種信號模式對於進一步研究人類大腦的認知過程相當重要。」

研究組的另一位成員哥倫比亞大學工程與應用科學學院生物醫學工程副教授雅各布斯(Joshua Jacobs)說,以前的研究發現,患有阿茲海默症(Alzheimer’s)小鼠大腦內的相移信號受到干擾。他們希望下一步了解相移信號是不是人類大腦內通用的信號編碼,這將對人腦神經元編碼機制的理解帶來飛躍,有希望開發出治療腦部疾病新方法。◇

責任編輯: 夏雨荷  來源:大紀元記者李少維編譯報導 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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