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科学家探索大脑如何整合感官信息以建立我们的世界观

原始的感官信号如何转化为围绕我们的世界的大脑表征?这个问题最早是在100多年前提出的,但是新的实验策略使这一挑战比以往更加令人兴奋。SISSA研究人员现已发现对感知大脑后顶叶皮层的贡献。在发表在《神经元与自然》上的两篇独立论文中,他们表明后顶叶皮层有助于融合来自不同感觉方式的信号,以及形成关于最近刺激历史的记忆。

数十年来,研究人员一直在研究神经系统如何感知感觉器官带入大脑的信号。一些基本事实是众所周知的:感觉受体细胞将外部事件(例如,光波,皮肤振动或气压波)转换为进入大脑的电信息。但是,神经元的活动直到能够在大脑皮层中得到进一步完善之前,才导致有意识的经历。持续的感觉信号流从初级感觉皮层区域中的基本元素表示转变为高阶区域中特征的更复杂组合;与最近和遥远的记忆以及期望相比,感觉事件变得有意义。尽管上面概述的方案得到了无数研究的支持,

在《神经元》杂志上发表的一项研究中,国际高级研究学院(SISSA)的研究人员研究了如何整合通过多种感觉到达的信号。在日常生活中,一旦我们熟悉了物体的综合感官特性,就可以独立于我们通过视觉,纹理和形状接收感官信号的方式识别该物体(例如香蕉) ,按口味。Nader Nikbakht和他的合著者寻找了与物体所涉及的感觉通道无关地触发有关物体知识的机制。研究人员训练老鼠探索由凸起的黑白条制成的格栅。在每次测试中随机重置光栅的方向,并且老鼠学会了接近物体并针对两种方向做出不同的响应:0±45度(“水平”)和90±45度(“垂直”)。允许大鼠通过视觉,触摸或其他视觉和触摸相遇的对象。

通过比较三种条件下的准确性,研究人员发现,在组合的视觉触觉条件下实现的性能要优于单个信号总和所预测的性能:两个感官通道可以有效地协同工作,以更好地表现物体。当大鼠探索该对象时,研究人员还测量了顶叶后皮层(PPC)的神经元活动,该区域位于触摸,视觉和听觉的主要感觉皮层区域之间。然后,他们实施了一个数学模型来解释由大量神经元携带的信息。该模型成功地准确预测了每项试验中大鼠如何对刺激物进行分类。最终分析特别揭示了:尽管神经元编码对象方向或类别的方式差异很大,但在三种模态条件下,给定神经元的响应是相同的。这项研究的高级研究员马修·戴蒙德(Mathew Diamond)说:“这意味着神经元的信息是物体本身,而不是探索物体的感觉方式。”

“由于感官信号起源于具有多种物理属性的真实物体,因此可以合理地预期,感官系统已经以某种相互交织的方式发挥了作用,”尼克巴赫特说。“在哺乳动物的神经系统中,专用电路整合了多种形式,从而提高了感知的质量。感知物体的原因是融合了各个感官,而不仅仅是对其进行概括。”戴蒙德补充说:“顶叶后皮质在整个皮质完成的转化过程中迈出了一步,使我们周围世界的真实事物得以独立于我们所使用的感觉系统而被识别。'超模态'的感知反映了大脑的构造。比基于简单对象特征的抽象表示要多得多。”

在《自然》杂志上发表的另一项研究中,雅典娜·阿克拉米(Athena Akrami)及其合作者研究了最近的感觉记忆是如何形成和维持的。假设您放错了手机。每两秒钟重复一次的铃声会提醒您有来电:它必须在房子的某个地方,但是您不确定在哪里。在一个房间到另一个房间中搜索时,会将最后一个振铃的振幅存储在内存中,以便与下一个振铃进行比较,从而确定是移近还是移远。但是最后一圈的记忆有多稳定?多年来,神经科学家已经意识到,随着感觉的消失,他们的记忆力会朝着“先验”转移,即许多近期刺激的统计平均值。产生先验的神经机制尚不清楚。Akrami和共同研究人员对大鼠进行了训练,以便在每次试验中比较两个听觉刺激的振幅相隔几秒钟的延迟,这一任务类似于通过将当前铃声与前一个铃声进行比较来跟踪手机。数百项这样的试验(每个试验包含两个刺激)依次进行。行为数据显示,当大鼠等待试验的第二个刺激时,第一个刺激的记忆向先前刺激的平均值转移。

因此,实验证实了记忆力向期望值的滑动,这种现象被早期研究称为“收缩偏见”。但是大脑如何将先验统计信息应用于存储在记忆中的刺激?由于PPC被认为是记忆的关键部位,因此Akrami的研究集中在这一领域-Nikbakht等人研究的同一大脑区域。实际上,PPC中的神经元活动揭示了当前试验之前的刺激史。然后,Akrami和同事使用光遗传学(一种通过光控制神经元活动的方法)使任务期间PPC的活动沉默。显着地,抑制PPC可以显着改善大鼠的表现。为什么?关键在于,对第一个刺激的记忆并非孤立存在,而是受到先前试验的影响。那是,收缩偏差降低了所存储的感觉信息的保真度,从而将存储拉向先验。在许多情况下,收缩偏差提供了巨大的优势:只要可获得的信息不准确,平均而言,先验是最好的猜测。但是,当每个感官事件都是独立的时(例如在Akrami的研究中),收缩偏差会降低记忆的准确性。通过光遗传学沉默消除PPC的影响,使大鼠能够记住每种刺激,而不会受到先前试验的干扰。现在,神经科学家第一次对皮质回路有一个很好的指示,该回路保存了以前的感觉信号。收缩偏差提供了巨大的优势:只要可获得的信息不准确,平均而言,先验是最佳的猜测。但是,当每个感官事件都是独立的时(例如在Akrami的研究中),收缩偏差会降低记忆的准确性。通过光遗传学沉默消除PPC的影响,使大鼠能够记住每种刺激,而不会受到先前试验的干扰。现在,神经科学家第一次对皮质回路有一个很好的指示,该回路保存了以前的感觉信号。收缩偏差提供了巨大的优势:只要可获得的信息不准确,平均而言,先验是最佳的猜测。但是,当每个感官事件都是独立的时(例如在Akrami的研究中),收缩偏差会降低记忆的准确性。通过光遗传学沉默消除PPC的影响,使大鼠能够记住每种刺激,而不会受到先前试验的干扰。现在,神经科学家第一次对皮质回路有一个很好的指示,该回路保存了以前的感觉信号。通过光遗传学沉默消除PPC的影响,使大鼠能够记住每种刺激,而不会受到先前试验的干扰。现在,神经科学家第一次对皮质回路有一个很好的指示,该回路保存了以前的感觉信号。通过光遗传学沉默消除PPC的影响,使大鼠能够记住每种刺激,而不会受到先前试验的干扰。现在,神经科学家第一次对皮质回路有一个很好的指示,该回路保存了以前的感觉信号。

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