你知道“向前看”到底是向哪看吗?
来源:青岛海尔网 发表于2019-07-07 05:02:11 编辑:黄晓明
摘要: 陈晓冬课题组发文提醒大脑空间编码的新机制 发布时刻:2019-04-23来历:浙大新闻办作者:吴雅兰2205 立正,向右看齐,向前看! 列队时的这句口令,咱们

  陈晓冬课题组发文提醒大脑空间编码的新机制

  发布时刻:2019-04-23来历:浙大新闻办作者:吴雅兰2205

  

  “立正,向右看齐,向前看!”

  列队时的这句口令,咱们再了解不过了。可是,你真的理解,什么是向前看吗?假如请你把身体向右侧偏转一些,再做“向前看”这个动作,你是预备把身体“回正”之后看向之前的那个正前方,仍是就这样坚持偏转的姿态看向自己身体的正前方?

  这样一个瞬间的反响,其实涉及到大脑空间编码的问题。运动都是相对的,咱们的大脑运作时是以身体为坐标仍是以头部为坐标仍是以环境为坐标就很要害了。

  近来,浙江大学求是高档研讨院体系神经与认知科学研讨所的陈晓冬教授课题组在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上在线宣布了一篇关于研讨后顶叶皮层的前庭信号编码机制的文章,就提醒了大脑空间编码的新机制。

  前庭体系的编码隐秘

  在现在已有的研讨中,科学家现已发现,在对感觉信号的输入编码过程中,后顶叶皮层(Posterior Parietal Cortex, PPC)起着十分重要的效果,它能够承受多个感觉体系的输入信号,特别是顶内沟腹侧区域(Ventral Intraparietal Area,VIP),能一起接纳四个体系的信号输入(视觉、前庭感觉、听觉和躯体感觉)。这些感觉信号在PPC被整合起来,一起编码一个笼统的自我空间。

  

  陈晓冬教授课题组重视的重点是前庭信号在VIP脑区的编码机制。

  前庭信号来自于前庭体系,那前庭体系是什么?

  前庭体系是感觉体系之一,它关于咱们的运动感知、运动操控、以及认知功用都有着不行代替的根底效果。当咱们坐在跋涉的汽车里,即便闭上眼睛,不看窗外,也能感遭到车子的加快、刹车或许转弯。这是咱们的前庭体系在发挥重要。跟视觉、听觉、嗅觉、味觉等感觉体系比较,前庭体系比较“隐性”,科学界对它的研讨也较少。所以直到现在,许多平常咱们习以为常的简略动作,到底是怎么完结的,大脑是怎么运作的,咱们还知之甚少。

  2019年宣布在《Neuron》的研讨中,陈晓冬课题组发现,当头部和身体的方向共同的时分,前庭感觉信号在VIP脑区的编码坐标系是以身体为中心的。那假如头部和身体的方向不共同,会呈现什么样状况呢?

  “现在为止,没有其他研讨对这一问题做出答复。”陈晓冬说,因而,课题组期望经过试验设计别离以身体为中心和以环境为中心两种参照系,进一步讨论前庭信号在VIP区的编码特性。

  VIP神经元的灵敏调控

  图?VIP脑区对前庭信号的编码特性

  如图所示,只需身体坐标系(body-centered)和环境坐标系(world-centered)没有发作别离,神经元的反响曲线(tuning)就不会发作相对位移(图1A-B,位移指数displacement index (DI)很小),与眼睛(eye)和头(head)的相对方位没有关系;可是,假如身体和环境坐标系发作了相对位移,神经元的tuning就会发作相同起伏的位移(图1C,DI值接近于1)。所以,VIP神经元对前庭信号的编码首要是以身体为参阅坐标系(body-centered)的,可是这种编码或许会遭到选择性留意或许高档皮层的调控而发作动态改动(图1D),尽管body/world发作了违背,可是被试依然注视着world的方向,导致被试以为的前进方向和身体的实践方向不再共同,这反映在神经元的反响上,便是tuning的位移起伏变小。

  在第一组试验中,课题组把一只山公放在一个特制渠道上,让山公头部朝前,眼睛平视身体的前方,给它发送10个方向的前庭影响,并采用电生理记载办法,记载山公大脑的VIP神经元反响,生成一条反响曲线。然后将特制渠道别离向左、向右旋转30度,山公坚持原有姿态,眼睛平视身体的正前方,重复上述试验。

  在第二组试验中,其他环节坚持不变,但在渠道别离向左、向右旋转的时分,山公不是平视身体的正前方,而是“斜视”,依然看着之前的那个方向,重复试验。

  在剖析第一组试验的三条曲线和第二组试验的三条曲线时,课题组发现了其间的微妙。“第一组试验的曲线最佳运动方位发作了改动,并且这个改动起伏跟旋转的度数是彻底符合的。可是,第二组试验中的改动起伏较第一组减小了一半。”陈晓冬说。

  这项研讨在科学层面上,初次证明了VIP区对前庭信号的编码具有动态性和灵敏性的特色,并可根据使命要求进行调整。“VIP神经元对前庭信号的编码首要是以身体为参阅坐标系(body-centered)的,可是这种编码或许会遭到选择性留意或许高档皮层的调控而发作动态改动。”

  回到之前说的“向前看”这个问题。陈晓冬解说说,这是一个相对的概念,取决于大脑内的神经元是相关于哪一个参阅坐标来编码这些收到的视觉和前庭感觉的方向信息,又是怎么把这些信息整合起来,构成咱们的方向的概念。

  论文评定专家以为,该论文很少见地给出了十分明晰的定论:在VIP存在以身体为参阅坐标来编码咱们运动的神经元,并且这种编码或许遭到选择性留意的调控。在此之前,咱们对大脑内的身体坐标系还没有一个一致清楚的知道,本论文的定论为后续研讨供给了坚实的根底,关于研讨人和环境之间交互的神经机制供给了新的头绪。

  在应用层面上,该效果未来有望被用于人工智能、脑机接口、相关脑部神经疾病的治疗等范畴,为工业和医学供给理论上的根据。

  该课题由陈晓冬教授和来自罗切斯特大学的Gregory C. DeAngelis、贝勒医学院的Dora E. Angelaki一起完结,得到国家自然科学基金和中心高校根本科研业务费基金支撑。

  (文 吴雅兰)

  图片由课题组供给

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