科学家发现大脑动态评估信息重要性机制

640?wx_fmt=jpeg

大脑中部的丘脑室旁核(PVT) 图片来源:中科院深圳先进技术研究院

来源:中国科学报


周末该在家看书还是出去K歌?寒冬将至,该坚持健身还是涮个火锅?每天,人们都会面临上百种选择。以往,人们认为这种选择理所当然。


然而,美国斯坦福大学生物系教授陈晓科与中科院深圳先进技术研究院脑所研究员朱英杰日前合作发现,大脑存在一个动态评估外界信息重要性的关键脑区——丘脑室旁核(PVT),该脑区能在不同环境和生理状态下评估事件重要性,从而帮助人们作出恰当选择。


此前,国际科学界普遍认为PVT调控焦虑、恐惧、抑郁等负性情绪,朱英杰等的这一发现,通过实验论证,颠覆性提出PVT动态编码事件重要性的概念,该成果于10月26日发表于《科学》杂志。


“这项重要研究拓展了我们对丘脑功能的认识,发现了影响学习和记忆的重要神经机制。该工作将引起脑认知和脑疾病研究领域的广泛关注,并吸引更多研究者探索PVT这一重要脑区的功能。”美国三院院士、斯坦福大学终身教授Robert Malenka向《中国科学报》记者评价道。


掌管大脑“抉择”的关键脑区


人们每时每刻都会接受海量信息的轰炸,你为何会从中抽提出对你最重要的信息,并据此作出恰当反应?


“这是大脑信息处理面临的一个基本问题。”论文第一作者朱英杰表示。此前,他曾在《自然》杂志上发表另一项研究成果,首次发现大脑中存在可以用于戒除毒瘾的全新神经通路。此次《科学》发表的工作正是针对同一脑区的再次突破,全面研究PVT的基础生理功能。


他们利用光遗传学技术结合电生理和光纤记录技术,首次发现在小鼠大脑中存在一群神经元能够编码外界信息的重要性(即生物学显著性)。这些位于大脑中部PVT脑区的神经元活动能够反映外界刺激的重要性,并且随内在生理状态和外部环境动态变化,从而控制学习能力。


“判断信息重要性是一个高级的大脑功能,它能帮助人们更好适应多变的环境,也控制着人们的注意力和学习能力。这一发现为未来研究如何提高大脑的认知和学习能力奠定了基础,对普通人群和脑病患者的认知与治疗均具有突破性意义。”朱英杰表示。


科研人员通过小鼠嗅觉巴浦洛夫条件性学习实验,将不同气味刺激跟奖赏(水)或惩罚(吹气或电击)偶联,发现PVT神经元会被重要事件激活,无论奖惩。


有趣的是,如果在小鼠面前反复呈现不喜不厌的中性气味却没有伴随任何后果,PVT反应会逐渐消失;当该气味与奖惩偶联时,PVT又能被激活。此外,PVT被激活的幅度也能反映奖惩的刺激强度。


“这是科学家第一次发现在丘脑中存在能反映外界刺激重要性的神经元。”论文通讯作者陈晓科表示。


抑制PVT或可延缓“七年之痒”


朱英杰等进一步发现,外界刺激的重要性不仅取决于刺激本身的物理特征,也与动物内在生理状态和外部环境有关。


例如,当饥肠辘辘时,鼠“以食为天”;当它酒足饭饱后,食物的诱惑性就要大打折扣。再来看外部环境,即使在饥饿的小鼠前放一块诱人的奶酪,但若有只猫在食物旁张牙舞爪,小鼠也会压制食欲先去逃命。


他们通过光纤成像记录和单细胞电生理记录技术从不同角度反复验证发现,PVT神经元活动能根据内外环境,动态反映动物对重要性的判断。


同样是用于奖赏的水,口渴的小鼠PVT反应更大。当小鼠处于较弱惩罚时,水能诱发较大反应;若切换到较强惩罚环境,水只能激发较小反应。这说明PVT活动能反映奖惩的相对重要性。


此外,他们也发现了PVT脑区对于预期奖励落空存在动态评估机制。如果每天小鼠到冰箱前都能发现一块奶酪,但有一天奶酪突然没了,小鼠的“失落感”也会激活PVT。


然而,动物也具有消退学习能力,即它如果习惯了没奶酪,就会逐渐停止该行为。就好像夫妻的“七年之痒”,如果一直习惯对方的存在,PVT反应也会趋于平淡。一旦有外界刺激,又可能重新激活初恋时的“心跳感”。不过科研人员也发现,抑制PVT活动,小鼠消退学习过程会变慢,那是不是说,我们也有可能减缓“七年之痒”的速度呢?


有望用于类脑人工智能


在活体动物身上进行多通道电生理记录技术,对朱英杰来说是头一遭。小鼠运动使得电噪音过大,让他不得不花一两个月到其他实验室取经。


而且,由于他们最开始采用的是光纤记录技术,无法达到单细胞分辨率,因此又额外花了半年,用分辨率更高的电生理记录技术再次验证该现象。但也正是这些努力,使得实验设计更为精巧,工作更具系统性。


“朱英杰等人报道了一系列非常漂亮的实验,这些卓越并且激动人心的实验结果证明了PVT在编码显著性和控制联想学习效果上的重要作用。在这篇优秀的论文中,实验设计得非常优雅,结果和展示都非常清楚。让读者在对这一神秘脑区功能的理解上迈出了重要的一步。”审稿人对文章作出一致高度评价。


近年来,脑科学研究正在从传统的“读脑”向“控脑”转换。朱英杰等的工作正是对PVT脑区的“读”与“控”。


通过调控PVT脑区的神经活动,他们发现该脑区神经元活性控制着小鼠的学习能力。当利用光遗传学技术抑制PVT活动后,偶联性学习的速率和效果都大大受损,表明PVT活动对学习能力的重要性。


“未来我们将进一步研究,可否通过增强PVT活动提高人们的注意力、增强学习能力,这将为转化应用打开一扇窗口。”朱英杰表示。


此外,研究大脑如何动态评估外界信息重要性的内在机制,也将为未来发展类脑智能,增强脑机融合,推动人工智能技术的跨越发展带来启发。


未来智能实验室是人工智能学家与科学院相关机构联合成立的人工智能,互联网和脑科学交叉研究机构。


未来智能实验室的主要工作包括:建立AI智能系统智商评测体系,开展世界人工智能智商评测;开展互联网(城市)云脑研究计划,构建互联网(城市)云脑技术和企业图谱,为提升企业,行业与城市的智能水平服务。

  如果您对实验室的研究感兴趣,欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”

640?wx_fmt=jpeg

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/493778.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

腾讯AI Lab研发「智能显微镜」 抢先布局病理分析领域

来源:腾讯AI实验室腾讯 AI Lab 在南京举办的「腾讯全球合作伙伴大会」上宣布,其AI医疗领域研究已抢先从影像筛查进入病理分析阶段,相关的「智能显微镜」项目已在研发测试阶段。智能显微镜融入了人工智能(AI)的视觉、语…

石墨烯新新新应用,MIT大规模生产细胞大小机器人,有感知能存储

(MIT开发的微型机器人)来源:机器人大讲堂近期,MIT又玩出了新花样,在前几个月成功开发出细胞大小并且能够感知外部环境、储存数据并执行计算任务的微型机器人后,MIT又带来了新消息:他们为大规模生…

多种图像配准方法的综合比较(KAZE、SIFT、SURF等)

接触图像配准是从去年十月份开始的,老师要求我尽快重现一遍整个流程,这样对课题可以有一个整体的把握,而后再仔细推敲细节,甚至提出自己的想法,老师的这个思路现在觉得非常不错。自己当时选取的是SURF方法,…

全面梳理百度世界大会:量产L4乘用车和两款音箱 还有挖掘机技术

来源:网易智能摘要:今天,百度一年一度的世界大会如约而至,李彦宏宣布发布量产红旗L4级乘用车,推出两款小度语音智能产品和智能城市“ACE计划”。多年以来,百度世界大会和AI开发者大会成为百度对外的窗口&am…

图像处理中的通信原理——冈萨雷斯读书笔记(一)

信息的概念在信息论中很明确:用于衡量事件的不确定性。信息的传播形式或者所载体便是信号,比如说电信号、光信号、声音信号。那么信息的表现形式就是消息,可以是语言、文字、图像。所以说图像处理依然是信息与通信领域的一部分。它可以看作是…

【转载】贝叶斯决策论

原文链接(http://www.cnblogs.com/elaron/archive/2012/10/29/2745010.html) 1、什么是行为? 但是,有时候,后验概率本身只能说明具有特征x的样本属于ωi类的可能性有多少,却没能表示如果将样本分到ωi类时的…

李彦宏:人工智能会让这个世界变得更美好吗?YES AI DO!

来源:亿欧摘要:李彦宏表示,今天我们让公园充满AI,未来我们会让整个世界充满AI。11月1日,在百度世界大会上,李彦宏围绕人工智能是否能让这个世界变得更美好开展演讲,并且结合系列百度新近推出的产…

听说你盗图都盗绿了?

知乎传送门:https://www.zhihu.com/question/29355920 为什么图片反复压缩后会普遍会变绿而不是其他颜色?这是大神做的模拟迭代压缩的测试:https://m13253.github.io/JPEGreen/。排名第一的回答已经很仔细了,关于图像压缩不是很懂…

邬贺铨院士:十问边缘计算!

来源:通信世界网随着5G、物联网等的发展,边缘计算已经成为通信技术的又一制高点。目前边缘计算技术的研究已经取得了系列的成果,应用推广已逐步开展,但在今日举行的2018边缘计算技术峰会上,中国工程院院士、中国互联网…

图像处理中的通信原理——冈萨雷斯读书笔记(二)

参考伯乐在线的一篇文章,做图像的傅里叶变换。在PyCharm中安装cv2时出错,如下图:根据提示建议在命令行中执行命令pip install cv2也依然是No matching distribution found for cv2.注意到pip可以更新,但这不是问题所在。然而&…

图像处理中的通信原理——冈萨雷斯读书笔记(三)

法国数学家傅里叶男爵在1822年出版的《热分析理论》一书中指出,任何周期函数都可以表示为不同频率的正弦和或余弦和(每个正弦项/余弦项乘不同的系数)的形式,这其实就是无穷级数的一种:傅里叶级数。无穷级数的思想是通过…

腾讯俞栋:定义下一代智能人机交互,从目标、挑战到实现路径

来源:腾讯AI实验室语音识别及深度学习领域专家、腾讯AI Lab副主任及西雅图实验室负责人俞栋博士,在2018年腾讯全球合作伙伴大会上展示了腾讯AI正在推进的跨领域前沿研究:下一代的多模态智能人机交互。以下是有补充的演讲全文,介绍…

图像处理中的通信原理——冈萨雷斯读书笔记(四)

完美重建要求使用无限求和来内插,实践中,不得不寻求某种近似。在图像处理中,二维内插最普通的应用就是调整图像的大小。放大可看成是过取样,缩小是欠取样。无论是过取样还是欠取样,都需要内插,内插有最近邻…

unity3d游戏开发(一)——圈圈叉叉

参考:http://game.ceeger.com/forum/read.php?tid1719 ———————————————————开始————————————— 好吧,吹了那么多我们开始吧,先发个最终截图 当然,你觉得3个格子太少,你还可以扩展成任…

腾讯张正友:攻克可进化机器人,6个研究趋势与7大技术突破点

来源:腾讯AI实验室11月2日,机器人及多媒体技术专家、腾讯Robotics X实验室主任张正友博士,在2018年腾讯全球合作伙伴大会的人工智能分论坛上,展示了腾讯在机器人领域的思考。包括:腾讯将人工智能(AI&#x…

摩拜开锁方式

摩拜作为共享单车中发展得比较好的一个,最近又因为被美团收购和抛弃同龄人的文章上了新闻,我们从技术上看,它的解锁时候的通信方式是怎样的呢? 注意到摩拜的一款车车筐里面装了太阳能电池,所以能源问题容易解释。我们先…

前沿地带:从量子计算到量子互联网

来源:资本实验室当我们进入互联网时代,科技进步和社会发展就建立在了数据与计算能力的基础之上。庞大的数据量与快速的计算能力这两大基本因素决定着我们进入未来社会的速度,而在当前的各种新技术中,量子计算无疑是最具未来感的新…

千万级负载均衡架构设计

负载均衡 (Load Balancing) 负载均衡建立在现有网络结构之上,它提供了一种廉价有效透明的方法扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。 大型网站负载均衡的利器 全局负载均衡系统&#xf…

科学为什么重要?马化腾公开信引热议,透露企业未来发展方向

来源:世界科技创新论坛摘要:美国强大的源泉,不是因为它有原子弹,航空母舰,隐性飞机,或者芯片,而在于它牢牢地掌握着基础科学的最前沿。科学一点都马虎不得,没有捷径可走,…

吴恩达斯坦福大学机器学习 CS229 课程学习笔记(二)

终于要开始正式的学习了。看了第一节课最大的印象是Ng老师的优雅,儒雅,偏英式的发音(突然意识到他从小在伦敦长大)。配着字幕看的视频,但还是希望能锻炼一下自己的听力,也只有在自己看过一遍印象才深刻&…