关于运动神经元可以改变他们如何处理信息:研究

罗切斯特新的研究表明一些神经元可能比此前认为的更加熟练的在帮助你感知物体的运动当你穿越世界。研究结果对未来发展中可能影响假肢,对于理解一些脑部疾病。

我们的大脑使用各种参考frames-also称为坐标系统代表了一个场景中对象的运动。

一些代表坐标系统比另外一些更有用的信息。代表地球上的一个位置,例如,我们可以用一个地球坐标系统如纬度和经度。在这样的地球坐标系统,定位这样你的住宅常数。但你也可以代表你居住的地方作为一个位置使用sun-centered坐标系相对于太阳。这样一个系统显然不适合人们试图找到你住在哪里,你的地址在sun-centered坐标会不断变化,因为地球相对于太阳旋转。

的人类的大脑面临这同样的问题代表以适当的坐标系统和坐标系统之间传输信息来指导你的行动。这部分是因为感觉信息编码在不同参考框架:视觉信息最初与eye-centered坐标编码相对于眼睛,听觉信息最初编码相对于头head-centered坐标,等等。一组有趣的计算必须发生在大脑中为了让这些感官信号组合允许一个人感知整个场景。

但神经元如何代表对象在不同参考系时穿过一个环境?

在《华尔街日报》发表的一篇论文自然神经科学罗彻斯特大学的研究人员,包括格雷格•DeAngelis脑与认知科学教授,研究大脑中的神经元如何表示的运动对象而观察者也是移动。

具体地说,研究人员研究了观察者如何判断物体的运动相对于观测者的头或相对于这个世界。

他们发现神经元在一个特定的大脑区域之间的切换更灵活的参考frames-offer重要信息关于大脑的内部运作和可能用于神经假肢和疗法来治疗脑部疾病。

神经元固定或灵活吗?

想象你在踢足球。如果您正在运行,要球,你需要计算的轨迹球的运动相对于你的头后,这样就可以使你的头与球接触。因此head-centered坐标系将是有用的。或者,如果您正在运行和看你的队友把球踢向目标,你需要计算的轨迹球相对于目标确定是否你的队友得分。这需要world-centered自目标坐标系是固定相对于这个世界。

“根据正在执行的任务,大脑需要在不同的坐标系来表示物体运动要想成功,“DeAngelis说。“最大的问题是:大脑是如何做呢?”

研究人员想要确定大脑神经元之间进行切换不同,每个有不同的固定参考框架的示例中,切换head-centered神经元和world-centered神经元或神经元是否灵活和更新他们的参考帧根据瞬时要求代表的任务对象的运动。

研究人员训练科目来判断物体运动head-centered或world-centered坐标和切换试验,试验基于线索。

研究人员记录信号从大脑的神经元在两个不同的区域,发现腹侧壁内的神经元(VIP)的大脑区域的属性:对象运动变化他们的反应取决于任务。

即神经元没有固定参考系,而是灵活适应任务的要求,并相应地改变他们的参考系。

神经元在贵宾将代表对象运动head-centered坐标当受试者被要求报告对象运动相对于他们的头。他们代表对象运动在world-centered坐标运动主体被要求报告对象相对于这个世界。

因为神经元有这样灵活的反应,这意味着大脑可以大大简化传递信息的过程,它需要指导行动。

“这是第一个研究表明,神经元可以灵活地代表空间信息,如对象的运动,在不同的坐标系统基于指令的主题,“DeAngelis说。“这意味着大脑可以decode-or“读出”——从这个单一神经元和人口有它需要的信息任务的情况。”

VIP区位于大脑顶叶和接收输入从视觉,听觉,和前庭内耳的感觉。这是第一个研究测试灵活的参考系,VIP区是唯一已知区域这个属性。然而,研究人员怀疑神经元在大脑的其他区域可能有这个属性。

应用神经假肢和大脑疾病

研究提供了重要的信息关于大脑的内部运作和潜在的可用于应用程序等神经修复术,大脑活动是用来控制假肢或车辆。

“使一个有效的神经假体,你想收集信号的大脑区域会最有用的和灵活的执行基本任务,“DeAngelis说。“如果这些任务包括拦截移动的物体,例如,然后从VIP可能是利用信号做一个假的工作方式有效地为各种不同的任务,需要判断运动相对于头部或世界。”

虽然这项研究是当前没有连接到一个特定的大脑障碍,研究人员曾发现,人类的感官信息的能力和推断出哪些事件引起的感官输入一个能力称为因果推断是受损的疾病,比如自闭症和精神分裂症。

“在正在进行的和未来的工作,我们正在研究这个因果推论过程的神经机制,详细使用相关的任务,涉及运动对象之间的交互和自动“DeAngelis说。