脑电波引导我们在凸显惊喜

如果你打开你的办公室门一天早晨,有一个新的包等待在你的书桌上,你会注意到大多数房间里否则不变。麻省理工学院和波士顿大学的神经科学家的一项新研究发现,不同的脑电波频率的动态相互作用,而不是专用电路,似乎控制大脑的突出的本领令人惊讶的,淡化可预测的。

通过测量成千上万的神经元沿表面或皮层,大脑的动物,因为他们对可预测的和惊人的图像,研究人员观察到低频α和β脑电波,或节奏,源自大脑的额叶认知区域逐渐平息了神经活动与可预见的刺激有关。铺平了道路,在感觉神经元的大脑区域,推动信息通过高频伽马波与意想不到的刺激有关。回流的α/β抑制预测通常通过深层的皮层,而兴奋的向前流动伽马带着新奇的刺激在表面的层中传播。

“这些β和γ之间的相互作用是发生在大脑皮层,”厄尔·米勒说,Picower神经科学教授在麻省理工学院大脑与认知科学系的研究和文章的第二作者美国国家科学院院刊》上。“不是generic-it目标的处理特定的刺激。”

在那些认为,这项新研究扩展了米勒的最近的工作。Picower研究所之前他的实验室的学习和记忆已经表明,前额叶皮层,工作记忆取决于从深层的β节律调节伽马频率活动更肤浅的层次。这些发现,在某种程度上,在2012年发表的研究的博士后安德烈·巴斯托斯,新论文的主要作者。现在新的研究和米勒实验室今年早些时候发表的另外一个建议之间的这种推和拉频段是一种常见的监管系统信息流的皮层。此外,新的实验结果显示,它有一个关键的角色在预测编码(如巴斯托斯在2012年开始推理),而不仅仅是工作记忆的相关功能。

预测编码是一个重要的认知功能,似乎成为自闭症谱系障碍的影响,米勒和巴斯托斯指出。一些患有自闭症的人很难把熟悉的刺激,将一切视为新的同样突出。会干扰学习认识到可预见的情况,因此能够概括经验。

“因为你不能打压,积极调节预测信息,大脑在不断飙升的信息可以压倒一切,“巴斯托斯说。事实上,对于任何人,他补充说,在一个全新的地方环境的预测还没有来得及形式可以产生一种感官超载的感觉。

设置和违反预期

在这项研究中,研究小组给动物一个简化的预测编码经验。他们提供图片作为线索,然后经过短暂的停顿三回到屏幕包括原始图像。动物只是之前已经将他们的目光,暗示图像完成任务。有时提示将相同的许多试验结束(从而变得可预见的和熟悉的)。有时提示会突然改变,违背了预期的期望。玩的动物,科学家们阅读产生的神经活动和整体的节奏,在大脑皮层活动五个领域,从视觉区域的在中间,顶叶皮层认知皮质,包括前额叶皮层,在前面。

团队不注意分析工作记忆,或如何动物举行了线索图像在内存中。相反他们测量差异时提示图像是可预见的和当它不是。他们的测量表明,出乎意料的刺激产生更多神经活动比预料的。他们还透露,相关的活动规律可循刺激最强的伽马频带(甚低频θ乐队),而与预测相关的活动刺激最强α/β频率。

在每个频率的变化不是在登机是最大的专门神经元反应最刺激。这意味着脑电波的监管变革作用最强烈的神经电路处理信号图像动物被看到。出于这个原因,团队指的是他们的概念模型预测编码的“预测路由”。

“我们的论文显示,预测编码可以没有专门的电路检测预测和现实之间的不匹配,”米勒说。

巴斯托斯进一步解释说,“这种新模式的关键要素在于预测可以通过有选择地抑制路线的信息流动,可预测的信息。”

文章的第二作者南希Kopell威廉·费尔菲尔德沃伦•著名的波士顿大学的数学教授补充道,“能够支持这个想法需要在论文中描述的复杂的实验,涉及测量的多个部分的大脑。”

随后的分析数据还显示其他关键趋势。其中活动皮层区域之间的相干性更强的α/β频带信号图像时可预测和γ的时候不强。此外,这些不同的乐队的方向(他们如何传播来回皮层)表明,α/β反馈从更高的认知)地区低(感官)地区,而γ美联储从低地区高。

注意到异常

科学家们还发现α/β大多在视觉皮层的深层达到顶峰,而γ经常在表层是最强的。但也有例外。顶叶皮层区域7逆势而动的峰值在γ意想不到的刺激,而峰值较高的β频段。Kopell说,一种可能性是,7参与工作记忆缓冲区,这被认为使用β振荡。另一种解释可能是7的测试活动相关不预测的关注。动物执行任务也需要至少一定程度的关注,是否它是可预测的。

设计实验,可以完全独立的注意力从预测可能是将来的一个重要方向,巴斯托斯说。另一个重要的未来的目标是建立一个计算模型,模拟层之间的相互作用和抑制频率预测信息。

从当前数据集“层流细节将在生产此类模型是非常有用的,”Kopell说。

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