研究发现视觉神经元无法像科学家那样发挥作用

对鼠标视觉系统中近60,000个神经元活动的一项新调查显示，我们必须走多远才能了解大脑的计算方式。由艾伦研究所(Allen Institute)的研究人员领导的这项分析今天发表在国际期刊《自然神经科学》(Nature Neuroscience)上，该分析表明，视觉皮层(处理我们的视觉世界的大脑部分)中有90%以上的神经元不能像科学家们想象的那样起作用。 -目前尚不清楚它们的工作方式。

“我们认为存在简单的原理，这些神经元根据这些原理处理视觉信息，所有的教科书中都包含这些原理，”艾伦脑科学研究所首席科学家兼总裁Christof Koch博士说。艾伦研究所(Allen Institute)的首席研究员，该研究的共同资深作者以及艾伦脑科学研究所的高级研究员R. Clay Reid博士。“但是现在我们可以一次调查成千上万个细胞，因此我们获得了更加细微，复杂得多的图像。”

大约60年前，两位神经科学家David Hubel和Torsten Wiesel做出了开创性的发现，关于哺乳动物的大脑如何感知我们周围的视觉世界。他们的工作发现了单个神经元，这些神经元仅在响应非常特殊的图像时才打开。

Hubel和Wiesel通过向猫和猴子展示简单的图片(例如黑条或白色背景上的圆点)来进行发现。他们发现的基本原理是，当您观察周围的世界时，大脑中的特定神经元负责识别该场景特定区域中的确切部分，并且识别在该图像的高阶部分变得更加专业化和微调。脑。

假设您在公园中：一组神经元会在您视线内的精确位置激发对黑暗树枝的快速电响应。只有当一只鸟从左到右飞过您的视野时，其他神经元才会打开。然后，您的大脑会将来自“树枝”神经元和“正在移动的鸟”神经元的信息缝合在一起，以获取您周围世界的完整图片，或者理论如此。

Hubel和Wiesel的发现获得了诺贝尔生理学或医学奖，并且构成了大多数计算机视觉应用基础的神经网络的骨干。在过去的十年中，随着新的神经科学方法的出现，可以同时研究越来越多的脑细胞，科学家们逐渐了解到，这种关于我们大脑的观察模型可能并非全部-某些神经元显然没有不能遵循调整特定功能的经典模式。

但是，这个故事到底有多不完整还不清楚。

脑活动变异

这项新研究是对艾伦大脑天文台公开数据的首次大规模分析，该数据是一项广泛的调查，它捕获了小鼠视觉系统中数以万计的神经元的活动。研究人员分析了在大脑皮层，大脑的最外层的视觉部分近60000不同的神经元的活性，如动物看到不同的图像简单，照片和视频短片-包括开场镜头从奥森·威尔斯经典电影“邪恶之触”(之所以选择，是因为它动作灵敏，并且没有割伤的单发射击)。

1950年代和60年代，神经科学研究必不可少，就像钓鱼探险一样。研究人员用单个电极在大脑中搜寻，直到发现可靠地响应特定图像的神经元。科赫说，这类似于试图通过一些零散的针孔观看宽屏电影，这是不可能获得完整图像的。艾伦大脑天文台的数据集无法捕获每种情况下每个神经元的活动，但是它使研究人员能够一次研究更多的神经元，包括那些反应较微妙的神经元。

研究人员的新分析发现，在遵循教科书模型的6万个神经元中，只有不到10%做出了反应。在其余的中，约三分之二显示了一些可靠的响应，但是它们的响应比经典模型所预测的更专业。研究人员说，最后三分之一的神经元表现出一定的活性，但是在实验中它们并未可靠地被任何刺激点燃-目前尚不清楚这些神经元在做什么。

艾伦(Allen)助理研究员萨斯基亚·德弗里斯(Saskia de Vries)博士说：“并不是以前的研究都是一个大错误，而是这些细胞只占了皮层中所有神经元的一小部分。”脑科学研究所和JérômeLecoq博士以及Michael Buice博士一起领导了这项研究。“事实证明，鼠标的视觉皮层比我们以前认为的要复杂得多，也更丰富，这凸显了进行此类调查的价值。”

这些变化多，特异性低的神经元的存在并不是新闻。研究人员说，但是令人惊讶的是它们占据了老鼠大脑的视觉部分。

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