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研究了解大脑如何检测由意外感觉事件引起的错

发布时间:2019-03-21 18:52:34

研究了解大脑如何检测由意外感觉事件引起的错误 2014年9月11日 宾夕法尼亚大学的研究人员在理解大脑如何检测由意外感觉事件引起的错误方面取得了另一项进展。这种类型的错误检

  研究了解大脑如何检测由意外感觉事件引起的错误

  2014年9月11日

  宾夕法尼亚大学的研究人员在理解大脑如何检测由意外感觉事件引起的错误方面取得了另一项进展。这种类型的错误检测允许大脑从错误中吸取教训,这对于改善精细运动控制至关重要。

  他们以前的工作解释了大脑如何区分真正的误差信号和噪声;他们的新发现展示了它如何区分不同大小的错误。例如,微调网球发球需要大脑区分是否需要在球几乎没有击中目标时进行微小的校正,或者如果距离很远则需要进行更大的校正。

  该研究由宾夕法尼亚大学艺术学院心理学系助理教授Javier Medina领导。科学和Farzaneh Najafi,当时是生物系的研究生。他们与普林斯顿大学的博士后研究员Andrea Giovannucci和副教授Samuel S. H. Wang合作。

  它发表在eLife期刊上。

  我们的运动由称为浦肯野细胞的神经元控制。每个肌肉接收来自数百个这些脑细胞的专用指令。每组浦肯野细胞发送的指令不断通过攀爬纤维进行微调,这是一组专门的神经元,可在发生意外刺激时提醒浦肯野细胞。

  “出乎意料的刺激通常是出现问题的迹象”。麦地那说,“当发生这种情况时,攀爬纤维向其相关的浦肯野细胞发送信号,表明发生了错误。然后,这些浦肯野细胞可以进行改变以避免将来出现错误。

  然而,这些误差信号与攀爬纤维的随机发射混合在一起,研究人员对于大脑如何分辨这种噪声与改善运动控制所需的有用的与错误相关的信息之间的差异长期不知所措。

  麦地那和他的团队在今年早些时候发表的一项研究中展示了这种分化背后的机制。通过使用可以监测清醒和活跃小鼠浦肯野细胞的非侵入性显微镜技术,研究人员可以在接收来自攀爬纤维的信号时测量这些细胞内的钙水平。

  在这个实验中意外的刺激是随机抽到脸上的空气,导致小鼠眨眼。研究人员找到了控制小鼠眼睑的浦肯野细胞,并发现当小鼠得到一阵空气引发的错误信号时,神经可塑性所需的钙水平,即大脑的学习能力,比随机信号后更高。

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  “我们想看看浦肯野细胞是否能够区分随机点火和真实误差信号之间的区别,而不是更小和更大的误差之间的差异”。麦地那说。

  在他们的新研究中,研究人员使用了相同的实验装置,但有一个关键的区别。他们使用不同持续时间的吹气:15毫秒和30毫秒。

  他们发现,与眼睑相关的浦肯野细胞根据粉扑的长度填充不同量的钙;较长的产生较大的钙水平峰值。

  此外,研究人员还发现不同百分比的眼睑相关浦肯野细胞的反应取决于抽吸的长度。

  “尽管存在大量攀爬纤维,当它们遇到意想不到的东西时,可以向相关的浦肯野细胞提供与错误相关的信息,但并非所有这些都在每次都发射,”麦地那说。 “我们看到有一些信息以攀爬纤维的数量编码。较长的抽吸对应于向其浦肯野细胞发送信号的更多攀爬纤维。

  他们的研究可以帮助解释练习如何完美,即使错误在不知不觉中很小。

  

  “如果你感到短暂的抽吸和长时间的抽吸,你可能无法说出哪一个,但浦肯野细胞可以说出差异,”麦地那说。 “非常好”和“令人敬畏”的网球发球之间的区别在于能够区分错误,即使是那么微小。“

  资料来源:宾夕法尼亚大学