神秘的小鼠的大脑活动看电影可以帮助解决阿尔茨海默氏症,改善人工智能

甚至传奇导演奥森·威尔斯无法想象这样一个转折。

通过展示威尔斯的电影“邪恶的”老鼠,Chinmay Purandare博士和加州大学洛杉矶分校的玛雅Mehta教授发现了令人惊讶的和重要的新见解如何神经元形成记忆。发现指向新方法诊断老年痴呆症和其他学习和记忆障碍,同时也改善人工智能。

老鼠的短片显示1958年经典黑色电影“邪恶的”科学家们观察他们大脑的活动。这是一个相当普通的黑白,无声影片剪辑显示人类行走。课本知识和传统观点认为老鼠不应该表现出兴趣这样的电影,也不应该叫做海马的神经元在大脑的一部分,这对学习和记忆是至关重要的。

当科学家在老鼠大脑的这一部分,他们发现它只充当“大脑的GPS系统”(2014年诺贝尔生理学或医学奖),这是与一般学习无关,例如谈话。这是研究的一个主要障碍的诊断内存和机制的抽象或人工智能。

然而,研究人员做了一个惊人发现:有奇怪,但高度系统化的活动在海马体在回应这部电影。科学家们甚至可以重现特定电影片段使用这些神秘的爆发从海马神经元的只有一小部分。

情节更复杂了。甚至神经元在大脑的其他部分(初级视觉皮层或丘脑)通常认为编码简单的功能,如垂直或水平行回应更强劲的具体场景电影比教科书刺激。事实上,每一个大脑,他们调查的一部分,从简单的可视GPS电路,照亮了强劲,以应对特定的电影场景。

梅赫塔说,这一发现代表一个“重大转变”科学家可以研究老鼠的回忆能力具体经验或事件或所谓的情景记忆。梅赫塔说,这可能帮助科学家解决缺少组件在研究记忆疾病如阿尔茨海默氏症。

“尽管许多药物治愈阿尔茨海默氏症的老鼠,都曾在人类,”梅塔说。“一个原因是,标准测试情景学习和记忆的空间导航的老鼠。然而,阿尔茨海默氏症患者在非空间记忆too-e.g产生深远的赤字。对话或一个事件他们亲眼目睹,GPS导航无关。”

作者说,关注老年痴呆症和其他药物在小鼠记忆只使用空间记忆的测试并不能解决治疗提高了小鼠的记忆能力是否构成情景记忆事件或经验。

“这是一个重大的挑战为老鼠,创建此类事件密切模仿熟悉人类事件。因此,我们转向电影,“Purandare博士说,该研究的主要作者。“人类电影教科书账户,不应产生任何可判断的模式小鼠海马。”

然而,在研究发表在自然在2021年和2022年,这些美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究人员发现,在小鼠海马神经元回应简单的视觉刺激,当老鼠探索虚拟现实这诱导强健的神经可塑性。因此,他们认为可以测试情景记忆在老鼠通过展示他们的电影和监测活动海马。

在这个新的研究中,将近一半的啮齿动物的海马神经元编码具体,小电影的片段,在屏幕上标志着一个了不起的响应事件。沉默,尘俗的黑白短片使研究结果更有说服力,梅塔说。事实上,老鼠也忽视电影如果他们想自由。

“如果海马体照亮平凡的影片剪辑,没有任何内存需求,我们就可以安全地得出结论,这不是由于其他事情像期望的奖励或兴奋,”梅塔说。“我们被风吹走大规模反应尽管缺乏这些情感组件”。

Mehta说初步数据表明,现场丰富为老鼠添加有趣的元素,像其他动物的图像,声音,等能产生更强的海马响应,创建一个情绪反应和充满活力的情景记忆。

“视觉区域的另一大惊喜,不介意这部电影是在一个序列,或在一个混乱的秩序。海马神经元却非常不同的炒电影根本没有回应,”梅塔说。“这表明,海马神经元从传入视觉信息提取情景信息无关的事件。”

梅赫塔说,这一发现对提高AI也是至关重要的。“海马体深神经网络的顶点,眼睛在前端,其次是丘脑、初级视觉皮层和海马的最后。”But, given the prevailing belief that the mouse hippocampus is "the GPS system," experiments could either study the visual cortex or the hippocampus, but not both at the same time.

“我们的发现打开的可能性研究所有这些大脑区域同时确定大脑如何创建一个事件从一系列图像落在视网膜上,“Purandare博士说。“选择性海马和情景的激活鼠标使用人类电影打开直接测试的可能性情景记忆使用鼠标神经元疾病和疗法,迈进了一大步。”

这项研究发表在《华尔街日报》eLife。