眼球震顫是一種遺傳性疾病，會導(dǎo)致眼球不受控制地來回抽動。大約每 1,500 名男性中就有 1 人患有此病。但在此之前，我們并不知道這種抽搐是由視網(wǎng)膜神經(jīng)元在將視覺刺激轉(zhuǎn)化為電信號時發(fā)生錯誤計算引起的。
大腦(視網(wǎng)膜也屬于大腦)如何理解刺激中包含哪些信息?到目前為止，人們都知道神經(jīng)元通過發(fā)射大量電信號來響應(yīng)刺激，這些電信號通過突觸傳輸?shù)狡渌窠?jīng)細(xì)胞。有關(guān)刺激的信息實(shí)際上包含在脈沖的數(shù)量及其之間的時間間隔中。但這些代碼的讀取和寫入方式仍然是神經(jīng)科學(xué)家爭論的話題。
有用的噪音
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物工程實(shí)驗(yàn)室的菲利克斯·弗蘭克 (Felix Franke) 距離理解這一過程又近了一步——至少就視網(wǎng)膜而言。在專業(yè)雜志《神經(jīng)元》上最近發(fā)表的一項(xiàng)研究中，弗蘭克的團(tuán)隊(duì)研究了大腦同時“聽到”整個神經(jīng)元管弦樂隊(duì)還是僅聽到單個神經(jīng)細(xì)胞是否更有用。他們發(fā)現(xiàn)，如果大腦聽到所有這些聲音，那么它就可以更多地了解引起沖動的刺激——例如眼睛剛剛看到的圖片。
在他們的實(shí)驗(yàn)中，弗蘭克的團(tuán)隊(duì)將平鋪的兔子視網(wǎng)膜與包含 11,000 個密集電極的計算機(jī)芯片連接起來。然后他們將一條亮條移過視網(wǎng)膜。神經(jīng)科學(xué)家能夠通過電極將光感受器中的信號記錄為數(shù)據(jù)。
問題在于神經(jīng)細(xì)胞通常對相同的刺激做出不同的反應(yīng)，這使得很難對原始刺激得出結(jié)論。弗蘭克用骰子比喻解釋了這種所謂的“信號噪聲”：“如果刺激是數(shù)字 3，那么一個神經(jīng)元可能會給我們 2，而旁邊的神經(jīng)元可能會給我們 4。如果我們?nèi)∑骄祪烧叨颊_，答案都是正確的。單獨(dú)來看，每個答案都是錯誤的”。因此，“管弦樂隊(duì)”比單個神經(jīng)元更加精確。
神經(jīng)科學(xué)家費(fèi)利佩·格哈德(Felipe Gerhard)證實(shí)了這一點(diǎn)，他在洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院完成了博士學(xué)位，目前正在美國普羅維登斯布朗大學(xué)從事研究。用兔子視網(wǎng)膜進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)幫助他處理這種信號噪聲中的模式，使他能夠更好地識別視覺刺激。這些發(fā)現(xiàn)應(yīng)該成為未來神經(jīng)編碼研究的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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