微小的高科技探测揭示了信息如何流过大脑

艾伦研究所研究人员收集的新研究，并分析了神经元电气活动的最大单一数据集，以引人注目的原则。该研究，在星期三出版的期刊自然，捕获动物当动物正在解释它看到的内容时发射的数百个瞬态电信号。

你的大脑几乎瞬间处理了世界周围的世界，但在点击你的视线上有许多闪电快速措施，以及你意识到你面前的东西。人类有三十名不同的大脑领域负责理解视觉世界，科学家们仍然不知道该过程如何运作的细节。

“在一个非常高的级别，我们想了解我们为什么需要多个视觉区域在我们的大脑中首先，“杰希思维，博士，博士思维，助理调查员在艾伦研究所的MindScope计划中。”这些领域的每个领域都是如何互相沟通的，然后将他们的活动同步到有效地指导您与世界的互动？“

在新的研究中，思维和其他Mindscope研究人员xiaoxuan jia，博士，高级科学家;Shawn Olsen，Ph.D.，助理调查员;和Christof Koch，Ph.D.，首席科学家领导了一支研究人员的团队，将其中一些细节放在其中。

艾伦研究所团队转向鼠标，其利马豆大小的大脑仍然非常复杂。鼠标愿景与我们的愿景不同 - 对于一个，他们比我们更依赖于其他感官 - 但神经科学家认为他们仍然可以了解来自研究这些动物的感官加工的许多一般原则。

使用神经气旋，高分辨率硅探针比人类的头发稀释，即一次读出数百个神经元的活动，该团队在小鼠脑中的大约100,000个神经元建造了电气尖峰的公共数据集。

这个数据集不仅是最大的神经元集合电活动在世界上，但每个实验在数据库中捕获了数百个的信息脑细胞从最多八个不同的大脑视觉区域一次。在大脑的不同区域同时阅读电活动允许科学家实时追踪视觉信号，因为它们从鼠标的眼睛传递到大脑的更高地区。

研究人员发现，视觉信息沿着“层次结构”通过大脑进行，其中较低区域代表着光和暗等更简单的视觉概念，而层次结构顶部的神经元正在捕获更复杂的想法，就像物体的形状一样。

“历史上，人们一次研究了一个大脑地区，但大脑不仅仅是一个区域的行为和认知，”奥尔森说。“我们学习大脑通过从一个区域发送到另一个区域的区域和信号的互动，但是技术限制阻止了我们在过去深入研究这一点。我们真的需要这个数据集提供的集成视图来开始了解它的工作原理。“

追踪大脑的交通模式

神经气旋研究建造了一个以前的艾伦研究所研究，映射了鼠标大脑的布线图，由大脑的许多不同区域之间的轴轴捆扎的物理连接。凭借来自艾伦鼠标脑连接的数据，该研究在丘脑和皮质之间以及哺乳动物大脑的最外壳中追溯了数千个连接，这是负责更高水平函数的，包括处理视觉世界。

Koch说，如果连接数据就像大脑的路线图一样，Neuropixels数据集就像跟踪大脑中的交通模式。尽管大脑中的信号在从一个区域到下一个区域的分裂中移动，但探头足以检测让科学家们吸引a的非常轻微的时间延迟即时的路线视觉信息的地图需要大脑。通过将神经气旋数据与连接数据进行比较，科学家们可以更清楚地了解信息沿着神经道路移动的方式。

“就好像我们试图通过观看在路上的汽车的移动来映射城市的方式，”Koch说。“如果我们在西雅图看到一辆车，那么几个小时后，我们会在斯波坎看到同样的车，然后我们在明尼阿波利斯看到这辆车，那么我们有一个想法，西雅图到明尼阿波利斯的联系必须通过斯波坎方式。”

就像一个国家的道路一样，大脑的接线图不是一个简单的结构。两个脑区之间存在许多不同，平行的连接，甚至两个邻近地区。而且与我们的州际公路，动脉道路和较小的道路系统一样，联系的大脑具有更强和较弱的关系。只知道物理图是不足以预测视觉信息的路线。

研究人员能够使用在不同脑区之间的神经活动中观察到的时间延迟将信号映射到层次结构上。它们还使用其他措施来确认层次结构，包括每个神经元的视野大小响应。层次结构中的细胞被调谐到动物视觉世界的较小部分，而更高级神经元对视觉空间的较大区域反应，可能是因为这些电池在动物前面的整个图像上集成了更多信息。

一个关键的过程

科学家们在观看不同的照片和简单的图像时捕获神经活动，并且在训练的小鼠中，通过舔一个小水上水坑，训练的小鼠训练，以训练在他们的眼睛前面的图像变化。他们看到，在两种情况下相同的等级路径中的大脑中行驶的信息。当训练小鼠以响应视觉变化时，它们的视觉神经元也改变了它们的活性，并且在层次结构中的那些细胞更大的变化。

科学家们甚至可以看出特定动物是否已成功检测到图像的变化的神经活动。

如果研究人员揭示了所有灯，给动物没有视觉输入 - 许多相同的视觉神经元仍然被烧制，尽管较慢，但信息流量丢失了。这可能意味着需要层次结构来处理视觉信息，但是这些动物在不同的电路中使用相同的单元来其他目的。

虽然在人类中不可能进行这些详细的实验，但研究了一般大脑活动的研究已经看到了类似种类的层次结构 - 以及大脑活动的变化 - 在我们的大脑中负责声音和视觉处理的部分。神经科学家认为这种类型的分层处理是在整个过程中使用的脑了解我们周围世界的许多方面，而不仅仅是我们所看到的。

“我们知道，我们创造我们看到的对象的连贯表示的能力是生存的关键过程。我们的大脑实际上已经被指定为30％至50％的皮质，即可用于视觉处理，”贾说。“我们的研究表明，这种等级的视觉信息对动物也有意义或重要。”

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