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对大脑中神经元行为的新见解可能为识别学习障碍铺平道路

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-12-17浏览次数:588

请记住,老师和家长听到人们被称为慢学习者?对于那些花费更多时间处理信息的人来说,这种共同的描述现在有其科学依据。

新加坡国立大学Yong Loo Lin医学院的科学家发现,人们可以根据脑神经元射击的速度和时间快速掌握,处理,理解,存储和使用信息。一个神经元和下一个神经元的发射之间的差距越近,接收,存储和操纵信息的速度就越大。

换句话说,当谈到快速思考时,机会会产生重大影响。

在发现这一发现时,Sajikumar Sreedharan博士和本科生Karen Pang,博士生Mahima Sharma,博士后研究员Krishna Kumar博士 - 来自生理学系 - 以及来自中国的合作者Thomas Behnisch博士提供了基本信息。准确的时间会严重影响记忆过程的形成。该研究于2019年3月1日在着名的国际期刊“美利坚合众国国家科学院院刊”(PNAS)上发表。

适应和从经验中学习的能力是人类大脑最有趣的特征之一。这个迷人的器官由数十亿个连接到许多其他细胞的神经元组成。神经元之间的物理连接称为突触,是神经元相互通信的地方。突触是非常具有可塑性的 - 这些连接可以响应传入信息而动态增强或衰减。突触功效的这种变化是学习和记忆形成的基础。

新加坡国立大学的研究小组发现,海马体(一种对记忆形成至关重要的大脑区域)的神经元使用各种学习机制。一种这样的学习形式,称为“尖峰定时依赖性可塑性(STDP)”,取决于突触前神经元和突触后(用于在神经元内传递信息的电活动)时间的每对电刺激。神经元(图1)。突触前神经元中的电刺激刺激神经元释放神经递质,神经递质穿过突触以激活突触后神经元,其中信息被转换回电尖峰。当突触前和突触后神经元同时活动(相隔小于30毫秒)时,它们之间的连接得到增强。然而,

此外,研究人员证明,当突触前和突触后峰值同时发生时,突触强度的增加持续数小时,突触甚至可以加强弱信息,使其得以存储。效果是特异性的,仅用于强化这种突触,而不是用于增强其他突触变化。该研究揭示了神经元活动在塑造大脑信息处理中的瞬时时间的重要性。

研究人员可以检测高峰时间的长期影响,因为他们研究突触变化的持续时间(4小时)比之前研究中使用的持续时间更长,通常不到1.5小时。

已经提出STDP模型来解释空间和时间序列学习。此外,STDP模型在必须快速完成物体识别和决策的情况下派上用场,例如避免抛射物或朋友识别。例如,当球飞向我们时,我们必须在非常小的时间窗内识别物体及其轨迹,以便快速行动以避免被击中。同样,当我们遇到另一个人时,我们必须迅速决定他们是朋友还是敌人。这种识别需要在STDP解释的活动时间窗内在大脑的各个区域中进行协调动作。

“不幸的是,由于海马在这种痴呆症的常见原因中特别受损,大脑根据信息流的精确时间改变的能力可能缺乏受阿尔茨海默病影响的大脑。这种时间差异可以理解为了解如何为大脑提供基础,以及如何扭转或缓解这些变化。这可以使临床医生帮助患有记忆丧失的患者,“国立大学医院高级顾问,神经病学,记忆老化主任Christopher Chen博士,说过。认知中心,国立大学卫生系统。

彻底了解影响神经连接的因素对于我们理解大脑中的信息处理至关重要。它还有助于我们了解内存是如何形成的。此外,掌握这些神经计算规则可以帮助指导人工智能技术的构建,例如深度神经网络,其受到大脑学习机制的启发。

“在自闭症谱系障碍的情况下,一些神经系统比其他神经系统更活跃。这可能就是为什么一些自闭症患者擅长某些任务,如艺术或数学,但很难社交。使用人工智能,它有可能识别更多或更少活跃的神经网络,并可能使用STDP规则来规范其功能,“Sajikumar博士说。

基于对正常大脑如何计算信息和学习的这种改进的理解,研究人员可以确定可能涉及疾病的进一步研究,如精神分裂症,抑郁症,睡眠减退,中风,慢性疼痛,学习障碍和阿尔茨海默病。机制。