為了快速準確地放大感覺刺激，神經(jīng)元回路需要特定的布線。大約 70 年前，出現(xiàn)了“一起發(fā)射的神經(jīng)元連接在一起”的令人信服的想法。然而，在計算模型中，連接在一起的神經(jīng)元傾向于屈服于神經(jīng)生物學中未觀察到的活動和不穩(wěn)定性的爆炸式增長。Friedemann Zenke 小組現(xiàn)在描述了一種看似合理但直接的機制，生物學可以用來避免這個問題。
感知是可靠的，而且速度驚人。例如，您只需一瞬間就能認出照片中的一頭奶牛，并立即想起奶牛哞哞時發(fā)出的聲音和干草的氣味。要實現(xiàn)這一點，您的大腦需要先快速放大或抑制特定信號，然后再將它們傳播到多個大腦區(qū)域。
1949 年，心理學家唐納德·赫布 (Donald Hebb) 提出了關于大腦如何實現(xiàn)這一壯舉的令人信服的“組裝理論”。最好的總結(jié)是口頭禪“神經(jīng)元一起燃燒的電線連接在一起。”這個想法是，對相同刺激做出反應的神經(jīng)元優(yōu)先連接以形成“神經(jīng)元集合”。在學習和記憶中的關鍵作用。根據(jù)赫布理論，激活幾個選擇的神經(jīng)元足以觸發(fā)整個神經(jīng)元集合，從而為記憶回憶提供了一個假定的解釋。但是，由于連接在一起的神經(jīng)元更多地激發(fā)在一起，赫布集合經(jīng)常屈服于計算機模擬中活動的爆炸式增長，而在神經(jīng)生物學中很少觀察到這種不穩(wěn)定性。這種差異提出了一個問題，即赫布學說如何與解剖學上合理的回路機制相協(xié)調(diào)以提供快速的記憶回憶。
吳亦凡，前博士。Zenke 小組的學生，F(xiàn)riedemann Zenke 從計算神經(jīng)科學的角度研究了這個問題。研究人員意識到矛盾是問題的核心。一方面，赫布系綜內(nèi)的突觸連接需要很強，以通過激活其他細胞來促進快速記憶回憶。另一方面，連接不能很強以避免爆炸性活動，這會阻止神經(jīng)元集合關閉，從而阻礙后續(xù)的刺激處理。
在 eLife 發(fā)表的一項研究中，Wu 和 Zenke 描述了一種看似合理但直接的機制，該機制結(jié)合了神經(jīng)生物學中觀察到的幾個電路元素，為矛盾提供了解決方案。非線性瞬態(tài)放大，正如該機制所稱，有兩個階段：最初，強烈的正興奮性反饋選擇性地放大高于臨界閾值的刺激。隨后，生物突觸普遍存在的短期可塑性削弱了循環(huán)連接，從而重新穩(wěn)定系統(tǒng)并允許整體進入抑制性穩(wěn)定網(wǎng)絡狀態(tài)。
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