Sprint然后停止吗?大脑连接的数学,让它发生

你的新公寓是几块街上从公共汽车站但是今天你迟到了,你会看到总线滚过去的你。你进入全面冲刺。你的目标是尽可能快地到达公共汽车然后停止到底前面的门(从未在完全相同的地方沿着路边)进入之前关闭。停止足够快速,精确,麻省理工学院的一项新研究在老鼠身上发现,哺乳动物的大脑以高明得连接到微积分的实施原则。

有人可能会认为未来急刹车后目标竭尽全力运行将反射一样简单,但乘坐公共汽车或运行到一个视觉表示具有里程碑意义的获得奖励(如老鼠),水是一个学,视觉引导,有目的的壮举。在这样的任务,这是一个主要的兴趣在实验室的资深作者Mriganka苏尔,牛顿Picower研究所神经科学教授麻省理工学院学习与记忆至关重要的决定从一个行为(运行)切换到另一个(停止)来自大脑皮层,在大脑整合学习生活规则感觉信息指导计划和行动。

“我们的目标是皮质的由来,”苏尔说,麻省理工学院的教员的脑与认知科学系。“我应该停止在公共汽车上的实现这一目标。”

这也是它变得复杂。行为的数学模型,博士后和研究主要作者埃利亚当发展预测,一个“停止”的信号直接从M2区域的皮质脑干区域,实际上控制了腿,将处理过的太慢。

“你有M2发出停止信号,但是当你模型,通过数学,你发现这个信号,本身不会足够快的动物停止,”亚当说,他的研究发表在《华尔街日报》细胞的报道。

所以大脑加快这一进程如何?亚当,苏尔和作者泰勒约翰发现M2将信号发送给一个中介地区称为丘脑核(STN),然后发出两个信号在脑干re-converge两个独立的路径。为什么?因为这两个信号的差异,抑制和兴奋,到达一个又一个正确的把问题从一个整合,这是一个相对缓慢的增加投入,分化,直接识别的变化。微积分的转变实现了更快的停止信号。

采用系统和亚当的模型控制理论从engineering-accurately-predicted所需的速度适当的停下来,分化将需要实现它,但是它采取了一系列解剖调查和实验操作确认模型的预测。

首先,亚当确实证实了M2是产生神经活动激增只有当老鼠需要实现在具有里程碑意义的训练目标。他也显示是发送STN的产生的信号。其他停止其他原因没有使用途径。此外,人工激活M2-STN途径迫使老鼠停止,人为地抑制引起老鼠泛滥具有里程碑意义的更频繁。

STN当然然后需要信号brainstem-specifically pedunculopontine核(PPN) mesenecephalic运动区域。但是当科学家们看神经活动从M2然后迅速导致PPN,他们看到不同类型的细胞PPN回应不同的时机。特别是在停止之前,兴奋性细胞活性及其在停止活动反映动物的速度。然后看着STN,他们看到两种活动的激增stops-one略低于——都转达了人直接或间接地通过激发PPN通过黑质pars试通过抑制(信噪比)。这些信号的相互作用的最终结果在PPN励磁的抑制了。突然改变可能很快发现分化来实现停止。

“一个抑制浪涌其次是激发可以创建一个急剧变化的信号,”苏尔说。

与其他最近的论文研究相吻合。处理Picower研究所研究员金刚砂n .布朗,亚当最近产生了一个新的模型如何脑深部电刺激在STN迅速纠正电动机由于帕金森病的问题。和去年在实验室的成员,包括亚当,出版了一本研究展示了大脑皮层覆盖更根深蒂固的反应在视觉引导运动任务。一起这样的研究有助于了解大脑皮层可以有意识地控制本能上连接电动机的行为也有多重要更深层次的区域,如STN,快速实现目标导向的行为。一个最近的评论从实验室了。

亚当推测cortex-to-STN通信的“hyperdirect通路”可能有一个更广泛的角色比迅速停止行动,潜在的海外扩张电机控制等脑功能中断和交换机在思想或情绪。

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