源| AI时间 文| 葱葱茫茫导 大脑到底是怎么工作的？具体一点，它是如何指挥全身协调运动的？抽象一点，它又是怎么产生记忆和情感的？想要回答这些问题，关键点就在于理解大脑想要告诉我们什么 。换句话说，大脑中那数以亿计的神经元是如何交流和协同工作的。我们可以通过理解神经元的沟通方式，来尝试解读大脑传递的信息。 
2017年6月，Neuron发布了主题为“大脑是如何运作的”特刊 2017年6月，Neuron发布了主题为“大脑是如何运作的”特刊，12篇文章从不同的角度解读大脑运作的机制，然而大部分文章仅局限于提出模型、理论或者假设去解读一个很小的方面，缺乏全局解读（也许局限于现有的知识体系，回答这一宏大的问题还为时过早）。文章中讨论到的内容有： neural dynamics, networks, ）computation/processing, neural coding等。 那么这些大脑中的神经元们都是如何沟通的呢？其中，最重要的一种方式叫做动作电位（action potential, AP）。动作电位的一大特点是“全或无”，通常由神经元的胞体 （soma）或者树突（dendrite）接受刺激，如果对该神经元的刺激达到一定阈值，就会产生动作电位，否则就保持静息状态。动作电位沿着神经元的轴突（axon）传导扩散，传递给与之相连 （通过突触）的其他神经元，成为下一个神经元的刺激。单个神经元的电活动，很像计算机领域的二进制编码，只有0或者1两种状态，又像是集成电路中最基础的组件——逻辑门，只有高电平（1）或者低电平（0）两种状态，难怪我们总是喜欢用大脑比喻计算机或者CPU！
神经元及其动作电位（https://www./）
每当神经元产生动作电位，我们就称之为放电（discharge）或者点火（fire），科学家通过在神经元附近 （靠近神经元细胞膜内或者膜外）放置电极，就可以记录到一个个呈尖峰电压状（spike）的动作电位。如果在一群神经元当中放入一个电极，还可以记录到局部场电位 （Local Field Potential, LFP），LFP的振荡 （oscillation）代表着该区域这群神经元们的同步的电活动。其实，我们平时生活中说到的脑电波 （Electroencephalogram, EEG），也是LFP振荡的一种体现（不过大多数情况下，脑电波的测量都是无创的，测量电极都是放置于头皮外的）。
脑电波——局部场电位（LFP）的一种体现 大脑要传递的信息就隐含在各个神经元的放电模式（firing pattern）以及与LFP oscillation的互相作用中。这些信息包括频域信息（rate coding），例如各个神经元的单位时间的放电频率 （点火率，firing rate），也包括时域信息（temporal coding），例如每个神经元每次的放电活动的精确时间点与各个神经元之间的放电顺序，还包括相位信息（phase coding），例如神经元放电是否与LFP锁相位。
Temporal coding(Fetz 1997) 与 Phase-locking(Dejean, Courtin et al. 2016) 在计算神经科学（Computational Neuroscience）领域中，我们对放电模式的研究又称为对神经元的编码（encoding）与解码（decoding）的研究。编码指的是了解神经元如何对外界刺激做出反应，解码指的是如何从神经元活动中提取信息。科学家先通过不同的实验施加各种刺激试图理解神经元对于不同刺激的编码模式，累积的足够多的多维度信息，建立数据库，再对记录到的神经元放电模式进行归类解读，解码大脑传递的信息。最终，可以尝试制作与大脑有相同放电模式的“大脑芯片”，通过脑机接口（Brain Machine Interface, BMI）再送回生物体中实现部分或者全部大脑的功能。总之，我们希望通过解答“大脑想告诉我们什么”来试图揭秘“大脑是如何运作的”。 参考文献 (2017). 'How Does the Brain Work?' Neuron94(5): 933-933. Dejean, C., J. Courtin, N. Karalis, F. Chaudun, H. Wurtz, T. C. M. Bienvenu and C. Herry (2016). 'Prefrontal neuronal assemblies temporally control fear behaviour.' Nature535(7612): 420- . Fetz, E. E. (1997). 'Neuroscience - Temporal coding in neural populations?' Science278(5345): 1901-1902. https://www./learn/computational-neuroscience/home/welcome https://www./blog/1700/20151103-ilchi-lee-authentic-living-for-a-solar-body-trust-your-brain-to-unleash-its-creativity -END- 作者：Cong Wang
澳大利亚昆士兰脑科学研究所神经科学方向在读PhD，本科硕士毕业于复旦大学电子工程系生物医学工程专业。主要研究方向为大脑的记忆与学习，大脑恐惧情感环路，脑电信号分析，神经元的编码与解码。微博：葱葱茫茫导 声明：本文首发于作者头条文章（点击阅读原文可访问），小象经作者授权获得微信公众号首发权。 |
|
|
来自： 昵称46635225 > 《生物科技》
