开创性的下丘脑机器学习技术让我们深入了解攻击的本质
你是否曾经在开车时被切断，发现自己在咒骂和按喇叭?或者结束了漫长的一天工作回到家，对没洗碗的人大发雷霆?从微小的愤怒到我们在新闻中看到的毁灭性暴力，侵略行为可能很难理解。关于愤怒如何在大脑中发挥作用，研究得出了令人困惑的悖论。但加州理工学院的一项新研究，在下丘脑开创了一种机器学习研究技术，揭示了关于攻击性本质的意想不到的答案。
下丘脑是一个大脑该区域与许多先天生存行为有关，如交配、狩猎和战斗或逃跑反应。长期以来，科学家们一直认为下丘脑中的神经元在功能上是特定的，也就是说，特定的神经元组与特定的行为相关。这似乎是交配行为的情况，在下丘脑的内侧视前区(MPOA)的神经元群，当受到刺激时，会引起一个雄性老鼠骑一只雌性老鼠。当mount行为自然发生时，这些神经元是活跃的。合乎逻辑的结论是，这些神经元控制着小鼠的安装。
但是当我们看到类似的神经元控制侵略在下丘脑的另一个部分，VMHvl，研究人员发现了一个不同的故事。这些神经元可以被刺激，导致一只雄性老鼠攻击另一只雄性老鼠，但当同样的神经元在自然战斗的老鼠身上观察到时，它们并没有表现出特定的活动。这一矛盾表明，当涉及到攻击性时，一些不同的事情正在发生。
现在，加州理工学院的一项新研究深入研究了愤怒的独特神经机制，并表明更有攻击性的性格在小鼠大脑的电路动力学中被编码。这项研究发表在杂志上细胞该研究于1月5日在David Anderson的实验室进行，他是Seymour Benzer生物学教授，天桥和Chrissy Chen神经科学研究所领导主席，霍华德休斯医学研究所研究员，天桥和Chrissy Chen神经科学研究所主任。这项研究是与安·肯尼迪(Ann Kennedy)持续合作的一部分。安·肯尼迪是理论神经科学家，安德森实验室的前博士后，现在是西北大学神经科学助理教授。
这项研究的主要作者，加州理工学院的研究生Aditya Nair应用了一种方法机器学习模型分析实验数据并发现隐藏的模式大脑的活动．
“我们使用机器学习来适应一个动态系统模型来记录老鼠的神经数据，”Nair说。“从本质上讲，动力系统就像计算机中的人造老鼠大脑，反映了我们的实验观察。然后，我们深入研究了这个模型，以了解这数百个神经元是如何相互交流的。通过应用降维和其他物理分析技术，我们最终能够看到导致攻击性的神经信号和计算。”
分析揭示了大脑中的“线吸引子”——一种从复杂神经系统中产生的模式的数学表示。当在能量景观中绘图时，线吸引子形成一个槽的形状。虽然槽不是物理结构在大脑中，它表示动力系统中发生的能量流。
Nair解释说:“发现线吸引器是令人兴奋的，因为它第一次显示了与攻击性升级的神经关联，这是一个具有重要社会意义的关键发现。”
老鼠通常表现出攻击行为当另一只雄性老鼠在实验中被引入笼子时。它们的行为从威胁性的展示升级到全面的攻击，这是一种滑动的轨迹，现在可以用线吸引动力学来解释。随着神经活动沿着线吸引器槽进行，老鼠的攻击性逐渐增强。槽的形状使大脑可以很容易地调节攻击性，就像一个可以调高或调低的音量刻度盘。如果“音量”太高，动物就会攻击。这种调节可能是一种进化适应，迫使动物在进入一场潜在的致命战斗之前，衡量攻击性的表现和测试水域。
意想不到的是，直线吸引子的发现还与攻击性的个体差异相关。该研究的动力系统模型显示，愤怒和攻击更快的老鼠有更深的线吸引槽，这表明攻击性的气质反映在大脑结构中。因为这些实验室小鼠在基因上是相同的，这些个体差异一定是由于表观遗传因素造成的，其性质仍有待发现。
尽管吸引子动力学已经在“高级”大脑区域如皮层或海马体中被发现，通常与电机控制而记忆，这项研究是第一个使用动力系统方法来理解大脑深处的社会行为的研究。
吸引子动力是其他内在情绪状态背后的驱动力吗?是我们控制情绪，还是情绪控制我们?这项研究的发现提出了问题和未来的研究方向，为情绪障碍的治疗药物开发打开了大门，并提高了我们对下丘脑如何编码攻击的理解。
