美國羅徹斯特大學、華盛頓大學圣路易斯分校和貝勒醫(yī)學院通過實驗研究，驗證了大腦形成客觀認知時處理復雜且迅速變化信號的加權規(guī)則。相關論文在線發(fā)表于《自然—神經(jīng)科學》上。
人們時刻經(jīng)受著各種信息的轟炸，眼睛、耳朵、鼻子、舌頭和皮膚不斷地將不同甚至互相矛盾的感覺信號傳送給大腦，大腦要整合多渠道的感官信息，才能盡量精確地形成對客觀世界的認知。比如在IMAX劇場的巨幅畫面中出現(xiàn)了飛機轉彎的場景，你也會緊緊抓住座椅。大幅的視覺輸入信號讓你覺得自己也在動，但內(nèi)耳中的平衡器卻不斷向你傳達著平衡信號，讓你知道自己正安全地坐在劇場椅子上。
以往的計算理論認為，大腦通過加權規(guī)則來預計點亮哪些神經(jīng)元。最新研究不僅證明了這一理論，還對該理論進行了擴展。研究人員解釋說，單個神經(jīng)元執(zhí)行簡單計算，一次簡單計算就是一種加權平均，神經(jīng)元必須對每種感覺賦予正確的權重。新研究為這一賦權過程提供了首個直接證據(jù)。
他們設計了一套虛擬—現(xiàn)實系統(tǒng)試驗，給志愿者提供兩個反向信號：一種是在計算機屏幕上用小點模擬的向前運動，另一種用運動平臺讓志愿者的身體產(chǎn)生真實運動。小點運動點的數(shù)量在隨機改變，以此改變屏幕視覺信號相對于真實運動信號對大腦的可靠度，然后讓志愿者指出自己的運動方向。
研究顯示，數(shù)百萬的神經(jīng)元執(zhí)行重復性相似計算時，大腦知道哪種感覺信號更加重要。“從根本上而言，大腦能把高級行為任務破解為一系列簡單的操作，讓多個神經(jīng)元同時執(zhí)行。”論文合著者、羅徹斯特大學腦與認知科學教授格雷戈·迪安杰利斯說。
在實驗中，他們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元獲得的權重和理論預測略有差異，而這一差異正好解釋了不同志愿者在相同實驗條件下的行為差異。迪安杰利斯說：“如果能預測這些微小差異，就能在單個神經(jīng)元的初級計算和各種詳細行為之間建立起聯(lián)系。”
研究人員還指出，該發(fā)現(xiàn)有望為老年癡呆癥或其他有關個體自感神經(jīng)系統(tǒng)紊亂方面的疾病帶來新療法。深入理解大腦連接不同感覺信號的機制，也能幫助工程師們給機器人設計出更復雜的人造神經(jīng)系統(tǒng)。 |
