注意力是如何协调神经细胞群来丰富大脑的交响乐呢?

2020-08-14 292恒河猴

在音乐厅里保持沉默。指挥家举起指挥棒,弦开始。他们演奏莫扎特的《小夜曲》的前四个小节。他们在一起演奏单一的旋律,这可能是音乐界最著名的旋律之一。然后声音分裂。不同的弦乐器演奏不同的旋律,因此“小夜曲”成为一件复杂的艺术品。来自德国灵长类动物中心(DPZ)的科学家-位于哥廷根的莱布尼兹灵长类动物研究所和伊朗德黑兰的基础科学研究所最近在恒河猴的一项研究中发现,神经细胞在音乐家的视觉感知中扮演着音乐家的角色。注意力是如何协调神经细胞群来丰富大脑的交响乐呢?我们的大脑。通常,许多细胞在处理来自我们环境的简单刺激时会一起(同步)活动。研究人员能够证明视觉注意力会使这些神经细胞的活动失去同步性,从而使信息处理更为复杂。对健康状态下的注意神经机制的这种见解可以提供神经元疾病的基础机制的证据,例如注意缺陷多动障碍(ADHD)或自闭症(BMC Biology)。

注意力是如何协调神经细胞群来丰富大脑的交响乐呢?

神经学家Moein Esghaei,Mohammad Reza Daliri和Stefan Treue测量了猕猴视皮层中单个神经元的活性。使用非常薄的微电极,这种无痛技术可以研究大量神经元的活动,而动物则可以主动执行感知任务。这些神经细胞群的活动可以作为细胞外空间中宽频谱上的连续波动信号来测量。这称为局部场电势。由各个单元产生的脉冲(动作电位)耦合到这些场电位。

注意力是如何协调神经细胞群来丰富大脑的交响乐呢?科学家们使用新颖的信号处理技术发现,不断变化的种群活动的瞬时状态在确定每个神经元与邻居之间的独立性方面起着至关重要的作用。他们发现,注意力使神经元活动更不受波动影响。大学的认知神经科学教授斯特凡·特里(Stefan Treue)解释说:“注意力使神经元彼此分离,从而使单个神经元能够更独立地激发,从而丰富了刺激的表现,就像演奏不同的部分和旋律可以使乐团演奏更复杂的音乐一样。”哥廷根大学博士,德国灵长类动物中心认知神经科学实验室负责人。

研究意义

关于恒河猴的大脑如何引起注意力和其他复杂的认知功能的详细知识,可以得出关于人脑过程的结论。神经元的同步活动对于人类和其他灵长类动物的感知起着至关重要的作用。了解这种同步的精确控制方式,不仅有助于更好地了解意识知觉的潜在神经相关性,而且还可以使我们更好地理解与注意力控制和知觉有关的潜在疾病的生理缺陷,例如注意力缺陷多动症,自闭症和精神分裂症。

这项研究的第一作者Moein Esghaei说:“我们的研究结果使人们对如何控制灵长类动物大脑局部神经回路中的信息处理有了新的认识。” “在未来的研究中,我们将研究如何产生神经波动来控制单个神经元。”

引用

Deutsches Primatenzentrum (DPZ)/German Primate Center. "How attention orchestrates groups of nerve cells to enrich the brain's symphony." ScienceDaily. ScienceDaily, 6 September 2018. www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180906123352.htm.

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