举例二:整合神经元视角以获得更丰富的结果
大脑的每一个功能,从站起来到决定晚餐吃什么,都涉及到神经元的相互作用。专注于神经元相互作用的研究扩展到神经科学的各个领域,主要使用峰值计数相关或降维的方法。卡内基梅隆大学的开创性研究已经确定了一种连接这些方法的方法,从而对神经元活动有了更丰富的理解。
神经元利用电信号和化学信号在全身传递信息,我们每个人都有数十亿个神经元。了解神经元之间的相互作用是很重要的,因为这些相互作用会影响学习、决策、运动控制和许多其他生命功能。
历史上,有两种方法被用于研究神经元之间的相互作用:刺突计数相关性和降维。Spike计数相关描述神经元对,而降维应用于神经元群体。虽然成对方法和总体方法都同样有效,在科学上也是合理的,但直到现在,将这两种方法联系起来的努力还很少。这是合作研究的新奇之处,最近发表在神经元.
生物医学工程和神经科学研究所的副教授马特·史密斯说:“我们通过这项研究提供的是一种共同的语言和方法,可以在两种方法之间导航。”“本质上,当涉及到神经元研究时,科学家们一直在说同一语言的不同方言。我们所能证明的是,它们说的是同一种语言,它们可以相互交流。”
为了在两种方法之间建立桥梁,该小组在基于降维的成对相关性和全人群协变性指标之间建立了具体的数学和经验关系。他们的研究结果提供了一个警示,即仅使用单一的统计数据会产生片面的描述。通过考虑两种方法的一系列指标,可以收集神经元之间相互作用的更完整、更可解释的描述。
卡耐基梅隆大学神经科学研究所的研究生Akash Umakantha与卡耐基梅隆大学的毕业生Rudina Morina和Benjamin Cowley共同撰写了这篇论文,他们用一个类比来帮助解释这项工作及其影响。
乌玛肯塔指出:“看待世界有不同的方式,解释大脑神经元活动也有不同的方式。”“让我们替换神经元在社交网络中与朋友交流。在这种情况下,更好地理解你的人际网络的一种方法是观察两个人的趋势或共同点。另一种方法是把所有人放在一起看。两者都是同样有效的,只是有不同的方法来捕捉正在发生的事情。从多个有利位置利用理解,并将它们联系起来,最终拓宽我们的视野。”
从大局来看,这些概念为不同神经科学领域的人们提供了广泛的含义和相关性,他们有不同的方式来描述大脑中正在发生的事情。
生物医学工程、电子和计算机工程教授Byron Yu说:“连接这些方法可以促进更多的合作,以及在神经科学领域转移想法的方法,这样我们就不会固于一种思考问题的方式。”“更好的思想交流最终会让所有人受益。”
更多信息:神经元(2021)。doi.org/10.1016/j.neuron.2021.06.028