大脑用“屏幕”来记忆时序信息
时间：2022-02-15 16:58:13 来源： 浏览量：
健康报讯（记者 王潇雨） 2月11日，《科学》杂志发表了中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心王立平研究员研究组、上海脑科学与类脑研究中心闵斌副研究员和北京大学唐世明课题组合作的研究成果。他们发现，猕猴大脑神经元以群体编码的形式表征了记忆中序列的每一个元素，并通过双光子钙信号成像技术“看”到了具有环状几何结构的表征。该研究推翻了经典序列工作记忆模型的关键假设，为理解神经网络如何进行符号表征提供了新的见解。
据介绍，在人类大脑的认知活动中，语言、记忆等都与时序信息有关。比如，问路时，要记住指路人给出的一系列方向指引；学习新的舞蹈动作时，要记住教师演示的一连串动作。在这些情况下，每个步骤需要被记住，它们之间的顺序也不能被混淆。但是，大脑如何对这些时序信息进行“编码”，人们还知之甚少。
在这项研究中，研究团队训练猕猴来记忆由多个位置点组成的序列。实验中，猕猴面前的屏幕依次闪现3个位置不同的点，猕猴需要在几秒钟后将这些点按之前呈现的顺序记下来。
研究人员对猕猴大脑外侧前额叶皮层进行了双光子钙信号成像。数据分析表明，与猕猴盯着看的电脑屏幕类似，猕猴的大脑神经元活动也“建立”了“屏幕”，猕猴可以把出现过的点记在这个“脑屏幕”上。为了区分时序，每个次序的信息在大脑里都有独立的“屏幕”。
研究还发现，在猕猴的“脑屏幕”上，空间位置的表征与真实视觉刺激的环状几何结构保持一致，环的半径大小会随次序的增加而减少，这可能是因为次序靠后的信息，所分配到的注意资源会减少。这也解释了日常生活中，为什么人记的内容越多，越往后的信息越容易出错。
一直以来，经典序列记忆模型假设单个神经元是计算的基本单元，在不同次序扮演相似的角色。本研究推翻了该假设，发现大量神经元在不同次序扮演完全不同的角色，提示序列记忆的“编码”应更加关注群体神经元水平，而不是单个神经元性质。中国科学院院士、中国人民解放军军事科学院研究员王以政表示：“这一发现清楚地阐释了序列工作记忆的神经机制，也为理解神经网络如何进行符号表征这一难题提供了新的思路。”
据介绍，在人类大脑的认知活动中，语言、记忆等都与时序信息有关。比如，问路时，要记住指路人给出的一系列方向指引；学习新的舞蹈动作时，要记住教师演示的一连串动作。在这些情况下，每个步骤需要被记住，它们之间的顺序也不能被混淆。但是，大脑如何对这些时序信息进行“编码”，人们还知之甚少。
在这项研究中，研究团队训练猕猴来记忆由多个位置点组成的序列。实验中，猕猴面前的屏幕依次闪现3个位置不同的点，猕猴需要在几秒钟后将这些点按之前呈现的顺序记下来。
研究人员对猕猴大脑外侧前额叶皮层进行了双光子钙信号成像。数据分析表明，与猕猴盯着看的电脑屏幕类似，猕猴的大脑神经元活动也“建立”了“屏幕”，猕猴可以把出现过的点记在这个“脑屏幕”上。为了区分时序，每个次序的信息在大脑里都有独立的“屏幕”。
研究还发现，在猕猴的“脑屏幕”上，空间位置的表征与真实视觉刺激的环状几何结构保持一致，环的半径大小会随次序的增加而减少，这可能是因为次序靠后的信息，所分配到的注意资源会减少。这也解释了日常生活中，为什么人记的内容越多，越往后的信息越容易出错。
一直以来，经典序列记忆模型假设单个神经元是计算的基本单元，在不同次序扮演相似的角色。本研究推翻了该假设，发现大量神经元在不同次序扮演完全不同的角色，提示序列记忆的“编码”应更加关注群体神经元水平，而不是单个神经元性质。中国科学院院士、中国人民解放军军事科学院研究员王以政表示：“这一发现清楚地阐释了序列工作记忆的神经机制，也为理解神经网络如何进行符号表征这一难题提供了新的思路。”
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