脑波引导我们在聚光照射的惊喜中

如果您有一天早上打开办公室门，并且有一个桌面上的新包装，那就是您在否则不变的房间里最大的内容。麻省理工学院和波士顿大学神经科学家的新研究发现，不同脑波频率，而不是专用电路的动态相互作用似乎管理大脑的诀窍，以突出令人惊讶和淡化的令人令人惊讶的是。

通过对动物的脑袋沿着表面的数千个神经元，因为它们对可预测和令人惊讶的图像反应而言，研究人员观察到低频α和β脑波或节奏，源于大脑的正面认知区域被夯实下来与可预测刺激相关的神经活动。这为大脑背部的感觉区域中的神经元铺平了道路，以通过更高频率的伽马波推动与意外刺激相关的前向信息。α/β承载抑制预测的回流通常通过皮质的深层层引导，而兴奋性伽马携带的新型刺激的前向流动横跨浅层。

“β和伽玛之间的这些相互作用正在发生在皮质上，”伯爵·米勒，神经科学系的伯爵和认知科学系的Picower教授，在MIT和Co-Envoore作者国家科学院的诉讼程序。“它并不通用 - 它针对特定刺激的处理。”

在这些方面，这项新的研究延伸了米勒最近的工作。此前，他的Lab在彩虹学习和记忆研究所的实验室表明，在预逆转性皮层中，工作记忆存储在更浅表层中调节伽马频率活动的深层β节奏的突发。部分建造的，部分原因是2012年由PostdocAndréBastos发布的研究，他是新论文的主要作者。现在，今年早些时候的米勒实验室出版的新研究表明，这种推动和拉动频段是皮质中的信息流量的共同监管体系。此外，新结果实际显示它在预测编码中具有关键作用（因为Bastos于2012年开始理论），而不仅仅是工作记忆的相关功能。

预测编码是一种关键认知功能，似乎在自闭症谱系障碍中扰乱，注意到米勒和巴斯托斯。一些患有自闭症的人争取熟悉的刺激，将一切视为新的和同等突出的一切。这可能会干扰学习识别可预测的情况，因此能够做出关于经验的概括。

“因为你无法夯实并积极地调节预测的信息，所以大脑处于恒定的信息，这可能是压倒性的，”Bastos说。事实上，对于任何人来说，他补充说，在一个完全新的地方，在对环境的预测尚未有时间形成的情况可以产生感觉过载的感觉。

制定和违反期望

在研究中，团队给动物了一种简化的预测编码体验。它们被呈现为提示，然后在短暂停顿三个图像后返回到包括原件的屏幕。这些动物只需将他们的凝视引导到先前被提示的图像以完成任务。有时，对于最终的试验，提示是相同的（从而变得可预测和熟悉）。有时，暗示会突然改变，违反预测的预期。随着动物的播放游戏，科学家们正在读出神经活动和通过皮层的五个地区的活动，从头部后面的视觉区域到中间的顶部皮质，到了认知皮质，包括该活动前额叶皮质，在前面。

该团队未观察分析工作记忆，或者动物如何在记忆中持有提示图像。相反，它们是测量当提示图像可预测的差异而不是。他们的测量结果表明，未预测的刺激产生更多神经活动比预测的。他们还透露，与未预测的刺激相关的活动在伽马频带（和非常低频的频率）中最强，而与预测刺激相关的活性在α/β频率中最强。

这些频率的功率变化并不跨越电路板 - 它在最伟大的神经元中最大的是最响应于所呈现的刺激的神经元。这意味着脑波的监管变化在神经电路上最强烈的作用，该神经电路处理动物正在欣赏的提示图像。出于这个原因，团队指的是他们的概念模型预测编码为“预测路由”。

“我们的论文表明，预测编码可以在没有专门电路的情况下工作，以检测预测与现实之间的不匹配，”米勒说。

进一步解释的Bastos，“这种新模型的关键要素是通过选择性地禁止承载可预测信息的信息流路线来实现预测。”

共同高级作者Nancy Kopell，William Fairfield Warren在波士顿大学的杰出数学教授补充说，“为了能够支持纸张中描述的精细实验，涉及来自大脑的多个部分的测量。”

随后的数据分析也显示出其他关键趋势。其中，当提示图像是可预测的并且在γ中较强时，在α/β频带中，皮质区域之间的活动的相干性更强。此外，这些不同的条带的方向（如何在皮质上来回传播）显示，从较高的认知）区域向下（感觉）区域反馈的α/β，而从下部区域向前喂食到更高的区域。

注意例外

科学家们还看到α/β大多达到视觉皮质层的深层峰值，而伽玛在浅层层中常长最强。但是，沿途有例外。榫廓区域7a为意外刺激的伽马中达到峰值的趋势，而是在β频带的高端达到峰值。Kopell说，一种可能性，是7A参与了工作记忆缓冲器，被认为使用β振荡。另一个解释可能是7a的β活性与注意力相关的是相关的。执行任务的动物确实需要至少支付某种程度的注意力，无论是可预测的还是不可预测的。

Bastos表示，设计可以完全分开预测的注意力的实验可能是一个重要的未来方向。另一个重要的未来目标是创建模拟层与频率之间的交互的计算模型，以禁止预测信息。

“来自当前数据集的层流细节在生产这种型号时非常有用，”Kopell说。

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