不同的脑细胞能识别新奇的景象

不管我们看到什么新奇的东西，我们的大脑在几次偶然的相遇后，会毫不费力地把我们从最初的“那是什么?”变成“哦，那个旧东西”。在一项有助于阐明这一识别过程可塑性的研究中，布朗大学的神经科学家们梳理了两种不同细胞类型可能发挥的潜在不同作用。

在该杂志上发表的一项研究中神经元研究人员指出，这种学习是基于下颞皮层(ITC)，这是一个深埋在头骨深处的大脑区域。科学家们已经知道这片区域对视觉识别熟悉的物品，但他们不知道从新奇到熟悉这一过程被他们称为“可塑性”。

“我们对此知之甚少，因为这种可塑性发生的程度，”资深作者大卫·谢恩伯格(David Sheinberg)说神经科学也是布朗研究所的成员大脑科学．“内部运作由个体组成神经元让玩家很难真正追踪这一关卡的发展。”

两个人一起工作猴子他们对这些人进行了单身监测神经元活动使用微型电极，Sheinberg和研究生卢克·沃罗辛追踪了ITC中单个神经元的放电模式，同时猴子观看了125个它们被训练识别的物体和125个它们从未见过的物体。

科学家们发现，大脑中发现的两类主要细胞，兴奋性细胞和抑制性细胞，根据猴子看到的东西做出不同的反应。当猴子看到一个喜欢的熟悉的物体时，兴奋性神经元尤其活跃——在125个这样的图像中，这个熟悉的图像是细胞最“喜欢”的。谢恩伯格说，尽管神经元样本中对熟悉图像的偏好有所不同，但几乎每个兴奋性细胞对至少一种熟悉图像的反应都比对新奇图像的偏好更强烈。与此同时，当猴子看到任何新的图像时，抑制性神经元要活跃得多，而不依赖于物体的实际身份。

Woloszyn和Sheinberg能够区分神经元的类别通过电压变化的形状由微电极．兴奋性神经元具有典型的宽峰值，而抑制性神经元具有较窄的峰值。

研究人员不仅在神经元反应的原因上看到了差异，在神经元反应的时间上也看到了差异。例如，兴奋性神经元对它们喜欢的熟悉物体的活动在100毫秒内达到峰值，而抑制性神经元对一系列新物体的反应在更广泛的时间范围内达到325毫秒。

谢恩伯格推测，这些细胞的不同作用和它们反应的特定时间可能由以下相互作用来解释:当猴子看到熟悉的东西(香蕉!)时，兴奋性神经元发出信号识别，将信号发送到大脑的其他部分，以驱动适当的行为反应。但当猴子看到不熟悉的东西(订书机?)，兴奋性反应更分散，允许抑制性神经元以保持他们的活跃度，这反过来意味着一个学习事件。

“当一个熟悉的物体被识别出来时，这是一个积极的信号，可以促使系统继续前进，”Sheinberg说。“在没有信号的情况下，这意味着物体不熟悉。我们认为正在进行的抑制活动实际上促进了一个学习过程。这可能是一个学习的信号。”

另一个发现是这种学习的可能表现形式。Sheinberg和Woloszyn在他们的观察中发现了相当重要的意义，个体的兴奋性神经元只会在猴子看到的少数图像时调节它们的放电速率。这种放电的“稀疏性”是神经元对少数图像的专门注意力的衡量标准。

“真正驱使我和卢克走这条路的是这个问题，是否……通过反复暴露，神经元确实以一种显著的方式专门化。”“学习的效果让我很惊讶。”

他们进一步推测，这种特化最初是由抑制细胞驱动的。

Sheinberg和Woloszyn在杂志中写道:“因此，我们提出，我们假定的抑制细胞的活性增加是兴奋性人群中选择性变化的神经化学触发因素。”

这项研究与布朗大学、斯坦福大学和其他机构的另一项研究有关，其中一组科学家正在努力为最终治疗遭受创伤的人奠定基本的科学基础大脑受伤。

他说:“(神经元)存在巨大的多样性，这种多样性可能非常重要，因为在你需要修复电路的情况下——比如你中风了，你想重新训练那个区域——可能某些细胞类别需要发挥作用，以支持这种可塑性。”“我们才刚刚开始了解这些细胞类型之间的相互作用，这些细胞类型可能支持学习和重组。”