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神经元研究新发现人脑信号模式:相移

在过去几十年来,科学家对大脑活动的研究聚焦于测量在执行特定任务的时候个体神经元受到触发的次数。新研究发现,人类大脑内还有一种叫做相移(phase precession)的神经元活动模式,将开启大脑研究的一个新领域。

神经元研究新发现人脑信号模式:相移所谓相移简单理解就是特定神经元被触发的精确时间点,随着大脑认知活动的进展而出现变化的规律。最早在上世纪90年代,科学家第一次观察到小鼠在认路、在地理空间内活动的时候,大脑神经元出现相移的信号模式。科学家认为这种信号模式与大脑顺序记忆的功能相关,但是从来未曾在人类的大脑上见过这种信号模式。5月11日发表于《细胞》(Cell)期刊的研究,第一次报告观察到人脑神经元也有相移的模式,而且发现人脑的这种信号模式不仅与空间的顺序性相关,还与人脑在逐渐达成一个抽象目标的进展相关。主要研究者哥伦比亚大学工程与应用科学学院的卡西姆(Salman E. Qasim)说:“我们确信相移是一种用于学习和认知的通用神经编码模式,很值得深入研究。”研究人员利用13位神经外科患者在加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)参与另一项癫痫外科手术研究的机会,获得了他们脑部神经元数据的记录。这些患者的脑部已经植入了电极接受治疗研究。研究人员给每人一个手持控制器,让他们在笔记本电脑上完成虚拟空间内的导航任务。神经元研究新发现人脑信号模式:相移合作研究者UCLA癫痫手术项目负责人弗莱得(Itzhak Fried)说:“这项研究展示,在癫痫或其它神经失调疾病外科治疗环境下的患者,可以帮助我们从单个神经元的层面得到独特的见解。这一次,患者通过完成一个简单的任务,揭示了人脑大脑在环境认知方面一种基础的编码模式。”之后,研究组还考察了在更复杂的认知功能上是否存在相移编码模式,例如让患者寻找特定的目标,比如找到特定的建筑物。研究人员惊讶地发现,患者的额叶皮层(frontal cortex)区域出现了相移的信号模式。没有参与这份研究的同行美国贝勒医学院(Baylor College of Medicine)的权威神经外科医生谢斯(Sameer Sheth)很佩服这项发现。“要想了解大脑对于复杂的认知功能,比如接近目标,所出现的神经表征,从动物模型上很难进行研究。这份研究展示原来人类大脑在接近目标的过程中会出现相移的信号模式,看来这种信号模式对于进一步研究人类大脑的认知过程相当重要。”神经元研究新发现人脑信号模式:相移研究组的另一位成员哥伦比亚大学工程与应用科学学院生物医学工程副教授雅各布斯(Joshua Jacobs)说,以前的研究发现,患有阿兹海默症(Alzheimer’s)小鼠大脑内的相移信号受到干扰。他们希望下一步了解相移信号是不是人类大脑内通用的信号编码,这将对人脑神经元编码机制的理解带来飞跃,有希望开发出治疗脑部疾病新方法。

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