大脑如何减缓当我们专注的目光

改变快与慢之间集成的信息,大脑可以灵活地调节其运作的时间尺度。这是一项新研究的结果由一个国际研究团队,现在发表在杂志上自然通讯。他们的实验数据分析视觉皮层和他们的计算机模拟也提供一个解释不同时间尺度如何产生以及如何改变:神经网络的结构决定了快或慢的信息集成。

不同的过程中大脑发生在不同的时间尺度:感觉输入可以在几十毫秒内,处理决策或其他复杂的认知过程可能需要集成信息在几分钟。相应地,在大脑中某些领域比另外一些声音。

这些本征时间尺度不是刚性的和不变的。然而,到目前为止很少有人知道如何适应不同的情况和任务。从图宾根的一个研究小组,普林斯顿、斯坦福大学,纽卡斯尔,华盛顿已经调查时间表的大脑区域如何不同在任务执行。具体地说,他们问:当一个主题集中视觉注意力或重定向到一个特定的点在空间,如何改变时间表在对应的大脑区域的神经活动?为了回答这个问题,研究者们分析了先前公布的数据记录的视觉皮层V4-the大脑区域参与视觉的注意猕猴在两个不同的视觉注意力的任务。

这两个任务,团队观察到神经活动展开而不是一个时间表,但在至少两个不同的:慢速和快速时间表。值得注意的是,在任务执行速度缓慢的时间表也改变了:无论何时,人们就注意到一个区域在视觉领域,相应的神经活动缓慢的人群变得更加缓慢。此外,他们观察到的活动越慢,反应时间越短。

“这似乎违反直觉,但实际上是完全合理的,”评论罗克珊娜Zeraati、图宾根大学的研究员和马克斯普朗克研究所的生物控制论。“缓慢的时间表意味着有更强的相关性大脑的现状及其状态。当神经元出席,他们还记得自己过去的活动更好,这意味着较慢的时间表。”

丰富的网络结构使灵活的行为

研究人员想知道网络的神经元可以创建这些不同的时间尺度。“我们测试了三种不同的假设计算机模拟助理教授说,“安娜Levina在图宾根和Zeraati博士顾问。“我们看到了不同时间尺度仅仅因为一些神经元操作速度慢和其他人吗?或者,作为第二选择,可以不同的生物物理特性负责?只有我们的第三个猜想被证明是正确的:答案不在于单一神经元的性质,但在网络的结构。”

根据神经元彼此连接,不同的时间尺度出现:所谓的集群网络,例如,生成缓慢的时间尺度。“你可以比较欧洲道路系统集群网络,“Levina解释说,他领导了这一项目和她的同事一起从普林斯顿Tatiana恩格尔。“任何两个地方在巴黎很好相互连接,但这是一个很难从一个村庄在勃艮第海滩在葡萄牙。与此同时,航空公司网络看起来几乎是随机的。很难到达附近的一个城市,但你可以去任何地方没有很多航班。网络看起来更像航空公司不会成为耗时过长公路网络”。

团队能够构建网络计算机仿真复制的确切的时间表实验数据。模型还考虑在时间尺度观察调节任务:神经元之间的相互作用的功效略有增加,这反过来又改变了神经活动的步伐。

研究结果可能会改变我们的前景对大脑:“我们的实验观察结合计算模型为研究提供一个基础网络结构之间的联系,脑功能动态,和灵活的行为,”出版总结道。