【中國(guó)科學(xué)報(bào)】聽覺(jué)皮層編碼聽覺(jué)認(rèn)知新機(jī)制獲揭示
文章來(lái)源:《中國(guó)科學(xué)報(bào)》何靜 | 發(fā)布時(shí)間:2019-07-16 | 【打印】 【關(guān)閉】
大腦每天接收的來(lái)自客觀世界的感覺(jué)信息紛繁復(fù)雜,大腦對(duì)這些刺激進(jìn)行分類后,人們才有感知判斷。那么大腦是如何開展這項(xiàng)工作的呢?中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心(中科院神經(jīng)科學(xué)研究所)研究員徐寧龍團(tuán)隊(duì)揭示了其中的奧秘,解析了大腦對(duì)感覺(jué)信息進(jìn)行范疇化的皮層神經(jīng)元群體運(yùn)算機(jī)制。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于《神經(jīng)元》。
大腦每天接收海量的來(lái)自客觀世界的感覺(jué)信息,能夠形成的概念和采取的行動(dòng)卻數(shù)目有限,為形成有意義的認(rèn)知來(lái)指導(dǎo)行為,大腦需要對(duì)這些信息進(jìn)行高效的組織管理,其中最基本的過(guò)程就是范疇化——簡(jiǎn)言之,就是分類。
神經(jīng)科學(xué)家本世紀(jì)初開啟了信息分類和感知覺(jué)范疇化神經(jīng)機(jī)制研究的新領(lǐng)域,但以往研究側(cè)重神經(jīng)運(yùn)算的結(jié)果,對(duì)于感覺(jué)信息怎樣被轉(zhuǎn)化為離散的類別信息這一神經(jīng)運(yùn)算過(guò)程,并沒(méi)有明確答案。本研究中,研究人員在小鼠中建立了一個(gè)基于聽覺(jué)的分類抉擇行為范式,結(jié)合活體雙光子成像技術(shù),解析了對(duì)感覺(jué)信息進(jìn)行范疇化的皮層神經(jīng)元群體運(yùn)算機(jī)制。
徐寧龍介紹,聽到聲音,經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的小鼠大腦中的一類神經(jīng)元表現(xiàn)出對(duì)聲音類別的特異性反應(yīng),將不同頻率的純音歸類到“高音”或“低音”范疇。在高低音臨界點(diǎn)的分類中,小鼠會(huì)“糾結(jié)”。這時(shí)大腦中的另一類神經(jīng)元,表現(xiàn)出對(duì)類別邊界頻率聲音的“選擇性反應(yīng)”,協(xié)助小鼠進(jìn)行判斷和分類。如果小鼠沒(méi)有被要求完成分類任務(wù),這類神經(jīng)元選擇性反應(yīng)則“難覓蹤跡”。
研究表明,在聽覺(jué)皮層中存在范疇抉擇相關(guān)的單細(xì)胞反應(yīng),聽覺(jué)皮層神經(jīng)元的信息編碼會(huì)根據(jù)任務(wù)需要發(fā)生動(dòng)態(tài)變化,這種神經(jīng)編碼的動(dòng)態(tài)變化在群體水平上有利于把連續(xù)的感覺(jué)信息轉(zhuǎn)化為與任務(wù)相關(guān)的分類信息。
該成果對(duì)感覺(jué)皮層在認(rèn)知過(guò)程中的信息處理機(jī)制提出了新的理解和預(yù)期,或有助于啟發(fā)人工智能算法設(shè)計(jì)的新思路。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.06.004
(刊載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2019-07-12 頭版 要聞 作者 何靜)
