美國(guó)羅徹斯特大學(xué)、華盛頓大學(xué)圣路易斯分校和貝勒醫(yī)學(xué)院通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了大腦形成客觀認(rèn)知時(shí)處理復(fù)雜且迅速變化信號(hào)的加權(quán)規(guī)則。相關(guān)論文在線發(fā)表于《自然—神經(jīng)科學(xué)》上。
人們時(shí)刻經(jīng)受著各種信息的轟炸，眼睛、耳朵、鼻子、舌頭和皮膚不斷地將不同甚至互相矛盾的感覺(jué)信號(hào)傳送給大腦，大腦要整合多渠道的感官信息，才能盡量精確地形成對(duì)客觀世界的認(rèn)知。比如在IMAX劇場(chǎng)的巨幅畫(huà)面中出現(xiàn)了飛機(jī)轉(zhuǎn)彎的場(chǎng)景，你也會(huì)緊緊抓住座椅。大幅的視覺(jué)輸入信號(hào)讓你覺(jué)得自己也在動(dòng)，但內(nèi)耳中的平衡器卻不斷向你傳達(dá)著平衡信號(hào)，讓你知道自己正安全地坐在劇場(chǎng)椅子上。
以往的計(jì)算理論認(rèn)為，大腦通過(guò)加權(quán)規(guī)則來(lái)預(yù)計(jì)點(diǎn)亮哪些神經(jīng)元。最新研究不僅證明了這一理論，還對(duì)該理論進(jìn)行了擴(kuò)展。研究人員解釋說(shuō)，單個(gè)神經(jīng)元執(zhí)行簡(jiǎn)單計(jì)算，一次簡(jiǎn)單計(jì)算就是一種加權(quán)平均，神經(jīng)元必須對(duì)每種感覺(jué)賦予正確的權(quán)重。新研究為這一賦權(quán)過(guò)程提供了首個(gè)直接證據(jù)。
他們?cè)O(shè)計(jì)了一套虛擬—現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)試驗(yàn)，給志愿者提供兩個(gè)反向信號(hào)：一種是在計(jì)算機(jī)屏幕上用小點(diǎn)模擬的向前運(yùn)動(dòng)，另一種用運(yùn)動(dòng)平臺(tái)讓志愿者的身體產(chǎn)生真實(shí)運(yùn)動(dòng)。小點(diǎn)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的數(shù)量在隨機(jī)改變，以此改變屏幕視覺(jué)信號(hào)相對(duì)于真實(shí)運(yùn)動(dòng)信號(hào)對(duì)大腦的可靠度，然后讓志愿者指出自己的運(yùn)動(dòng)方向。
研究顯示，數(shù)百萬(wàn)的神經(jīng)元執(zhí)行重復(fù)性相似計(jì)算時(shí)，大腦知道哪種感覺(jué)信號(hào)更加重要。“從根本上而言，大腦能把高級(jí)行為任務(wù)破解為一系列簡(jiǎn)單的操作，讓多個(gè)神經(jīng)元同時(shí)執(zhí)行。”論文合著者、羅徹斯特大學(xué)腦與認(rèn)知科學(xué)教授格雷戈·迪安杰利斯說(shuō)。
在實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元獲得的權(quán)重和理論預(yù)測(cè)略有差異，而這一差異正好解釋了不同志愿者在相同實(shí)驗(yàn)條件下的行為差異。迪安杰利斯說(shuō)：“如果能預(yù)測(cè)這些微小差異，就能在單個(gè)神經(jīng)元的初級(jí)計(jì)算和各種詳細(xì)行為之間建立起聯(lián)系。”
研究人員還指出，該發(fā)現(xiàn)有望為老年癡呆癥或其他有關(guān)個(gè)體自感神經(jīng)系統(tǒng)紊亂方面的疾病帶來(lái)新療法。深入理解大腦連接不同感覺(jué)信號(hào)的機(jī)制，也能幫助工程師們給機(jī)器人設(shè)計(jì)出更復(fù)雜的人造神經(jīng)系統(tǒng)。 |
