2014-03-31 02:29:40
物體信息包含在神經系統(tǒng)所接受到的感覺輸入的時空結構中。過去幾十年，人們對神經系統(tǒng)如何提取視覺輸入中的空間信息有了一定了解，但對腦如何處理時間信息卻知之甚少。 |
科學探索 來源：生物幫
圖：神經系統(tǒng)編碼時間節(jié)律信息的機制。(a)一個具有無標度拓撲結構的神經網絡。在圖示中,神經元半徑和其連接度成正比。網絡中隱藏的由大量低連接度神經元所組成的長環(huán)可編碼節(jié)律信息，其和高連接度(樞紐)神經元共同作用，使得網絡產生了如實驗所發(fā)現的周期性同步發(fā)放。(b)無標度網絡蘊藏了豐富的不同尺度的環(huán),最長環(huán)的長度隨網絡尺度線形增加。通過Hebb學習率，網絡可以從資源庫中選出和輸入節(jié)律相匹配的環(huán)。
物體信息包含在神經系統(tǒng)所接受到的感覺輸入的時空結構中。過去幾十年，人們對神經系統(tǒng)如何提取視覺輸入中的空間信息有了一定了解，但對腦如何處理時間信息卻知之甚少。
一個廣泛爭議的焦點是：腦是依賴于一個統(tǒng)一的時鐘還是利用局部神經環(huán)路分布式地記錄時間?在與時間相關的信息處理中，節(jié)律信息的提取和編碼又極為重要，因為它是我們識別語音、產生節(jié)律運動和欣賞音樂的基礎。
在實驗中發(fā)現，斑馬魚視覺中樞-視頂蓋神經環(huán)路在經過重復視覺刺激訓練后，能記錄周期長達20秒的節(jié)律性信息(Sumbre et al. Nature 2008)。那么，一個局部神經環(huán)路是如何實現這一點的呢?回答這個問題對我們理解腦處理時間信息的機制有重要的啟示。
2013年12月《美國科學院院報》(Proceedings of the National Academy of the sciences of the United States of America)發(fā)表了北京師范大學認知神經科學與學習國家重點實驗室吳思教授和物理學系胡崗教授課題組共同合作的研究論文。
博士研究生弭元元、廖旭紅等人通過研究揭示了神經系統(tǒng)編碼秒量級時間節(jié)律信息的簡單有效機制：海量神經元形成無標度庫網絡，其包含了各種尺度的閉合環(huán)或長鏈，以此來編碼大范圍的時間節(jié)律信息;當受到外部刺激時，大腦從庫網絡中選出相應大小的環(huán)來記錄輸入的節(jié)律信息。 該工作支持大腦可以利用局部神經網絡內在動力學來分布式地處理時間信息。
該工作發(fā)表后，Medical Xpress做了專文評述，題為 “The brain’s got rhythm: Extracting temporal patterns of visual input”。
