从紧张神经元的误导奠定了对感知的基本限制

斯坦福研究人员帮助解决了一个长期的神秘，了解大脑如何准确地处理信息，尽管单独的神经元或神经细胞，具有令人惊讶的随机性。

4月2日在线发布的调查结果自然，提供新的洞察知识的限制，并有助于设计所谓的神经调节器 - 设备，使人们能够重新获得一些丢失的感官能力。

在新的研究中，研究人员测量了活动神经元在小鼠大脑中，随着啮齿动物在视觉上歧视相似，而不是相同的图像。通过分析每只小鼠的约2,000左右收集的数据，研究人员发现了强烈的支持证据，以便在神经活动中的“相关噪声”引起感知局限性的理论。

从本质上讲，因为神经元高度相互连接，当一个人随机响应错误并定制了一个图像时，它可以影响其他神经元犯同样的错误。

“你可以想到像一个”groupthink“这样的相关噪声，其中神经元可以像lemmings一样表现得像lemmings一样，在应用物理学副教授Co-Send Author Surya Gangul说：苏里亚·康劳说人文与科学学院（H＆S）。

值得注意的是，视觉系统能够切断这个神经元噪音的约90％，但其余10％的限制会限制我们如何在两个看起来非常相似的图像之间辨别。

“通过这项研究，我们帮助解决了一个谜题，这些谜题已经过了30多年了，关于哺乳动物 - 以及延伸人类 - 当涉及感官的感知时，”生物学教授和Howard Hughes医学院H＆S和调查员的应用物理学。

看着观察者

为了获得每只老鼠几千个神经元的庞大样本集，该研究的第一作者Oleg Rumyantsev，斯坦福大学应用物理学研究生，带头建造了一种特殊类型的大脑成像设备。在这个实验装置中，一只老鼠可以在跑步机上原地奔跑，而科学家们则使用光学显微镜观察老鼠体内的神经元主要视觉皮质。该大脑区域负责集成和处理从眼睛接收的视觉信息。

研究中的小鼠被遗传地改造，以表达传感器蛋白，荧光和报告皮质中神经元的活性水平;当神经元激活时，这些蛋白质放出更多光，允许研究人员推断细胞的活动模式。在鼠标视觉皮层上扫过一组16个激光束照亮了神经元并发起荧光过程，允许研究人员观察皮质神经元如何应对两种不同的视觉刺激。透明的刺激是类似的类似看作，包括光和暗带，从以前的研究中已知，以真正抓住小鼠的关注。

基于神经元的回应方式，研究人员可以通过区分两个刺激来衡量视觉皮质的能力。每种刺激产生了不同的神经元反应模式，许多神经元编码为刺激1或刺激2。然而，保证性远非完美，给予神经元'天生的随机性。在视觉刺激的一些介绍中，一些神经元误导并发出了错误的刺激。由于相关噪音的群体，当一个神经元弄错时，其他神经元共享来自鼠标视网膜的常见输入和视觉电路的后续部分也更有可能发挥同样的错误。

只有在斯坦福大学的研究人员能够同时观察大量神经元的情况下，才有可能发现这种相关噪声的真正影响。Ganguli说:“相关噪声只有在大约1000个神经元时才会真正显现出来，所以在我们的研究之前，根本不可能看到这种效应。”

更少

然而，关于视觉歧视任务，大脑仍然非常良好地在切割透过神经元噪音的庞大体积时。总的来说，大约90％的噪声波动并未阻碍神经元中的视觉信号编码精度。相反，只有剩下的10％的相关噪声对准确度产生负面影响，因此限制了大脑的感知能力。“相关的噪音确实在皮质可以做的事情上放置界限，”Schnitzer说。

结果表明，一旦可获得适当大量的神经元（或人造，神经元样加工元件），在感官辨别问题处抛出更多神经元可能不会大大提高性能。这种洞察力可以帮助大脑假肢的开发人员 - 最闻名的是，这是一个用于听力障碍的耳蜗植入物 - 学会越来越多地实现更多。“如果你想建造最好的感官假肢装置，你可能只需要提示，说，1,000，神经元样元素，因为如果你试图进入更多，你可能不会做得更好，”江吉说。

未来的实验可以检验两者是否相关噪音斯坦福研究中揭示的局限性，也限制了愿景的其他感官。

---

---