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大脑跨越最大兴奋性和混沌之间的界线以改善信息处理

2021-03-26 13:36

由华盛顿大学在圣路易斯进行的一项新研究于2019年10月7日发表在《神经元》杂志上,证实了长期存在的理论,即我们的大脑以及大多数或所有自由行为的动物的大脑调整为尽可能兴奋,而不会引起混乱。“当神经元结合时,它们会积极寻求关键的治疗方案,论文的主要作者,艺术与科学生物学助理教授基思·亨根(Keith Hengen)说。“我们的新工作证实了对关键性的许多理论兴趣,并证明了关键性是正常运行的网络的标志。

大脑跨越最大兴奋性和混沌之间的界线以改善信息处理

支持该理论的关键证据是,发现关键性(一种优化信息处理的计算机制)实际上是一个设定点(由一群抑制性神经元调节),而不仅仅是神经系统固有的必然性。

多年以来,关于大脑可能至关重要的想法(最初是由理论物理学家提出的)遭到了一些争议,这源于大多数早期工作的描述性和对简单幂定律的测量,这些规律可能是由于随机噪声而产生的,而不是所谓的指数关系-临界的唯一真实标志。

科学家可能已经证明了理论物理学家的预测,即大脑正在积极控制自己的状态,以保持处于混沌状态和最大化其信息处理能力之间的边界上。图片:NICHD通过flickr.com,CC BY 2.0

由于能够跟踪神经系统一次只能记录一个神经元的能力,以及能够在每个会话中记录一个星期以上的神经活动的技术(与标准记录时间约30分钟相比),该研究小组证实视觉皮层中的网络动态实际上已调整到临界状态。

接下来,该团队通过用一只眼睛挡住视线,表明严重程度受到了严重破坏(即使单个神经元仅在一天后被视觉剥夺所抑制),然后在24小时后重新出现。

亨根解释说:“这与临界状态与点火速率无关的理论物理学是一致的。 “这不仅仅是网络峰值的总数,因为在剥夺的初期,点火率根本没有改变,但政权却崩溃了。

除了为理论目的服务之外,这些发现还可能对进一步研究和治疗神经性疾病(例如阿尔茨海默氏病,癫痫,Rett综合征,自闭症和精神分裂症)具有重要意义,因为最近所有这些均与体内稳态障碍有关。监管,其中关键是一种。

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