之前未知的过程解释了大脑区域如何协同工作或单独工作
我们的大脑有数十亿个神经元，分布在不同的区域。这些区域通常单独工作，但有时必须联合起来。区域如何有选择性地交流?
斯坦福大学的研究人员可能已经解开了大脑内部工作原理的谜团大脑它由数十亿个神经元组成，组织成许多不同的区域，每个区域主要负责不同的任务。
大脑的各个区域通常是独立工作的，依靠该区域内的神经元来完成它们的工作。然而，在其他时候，两个区域必须合作完成手头的任务。
谜题是:什么机制允许两个大脑区域当他们需要合作时沟通，而当他们必须单独工作时避免相互干扰?
在今天发表的论文中自然神经科学，斯坦福大学电气工程教授克里希纳·谢诺伊领导的团队揭示了一个以前未知的过程，当需要联合行动来执行一项任务时，帮助两个大脑区域合作。
马修·t·考夫曼(Matthew T. Kaufman)说:“这是文献中首次报道的让大脑区域持续处理信息，但只交流它们需要的信息的机制之一。”考夫曼是谢诺伊实验室的博士后学者，当时他是这篇论文的合著者。
考夫曼最初设计他的实验是为了研究准备是如何帮助大脑做出快速准确的运动的——这是谢诺伊实验室努力建造由大脑控制的假肢设备的核心。
但斯坦福大学的研究人员使用了一种新的方法来检查他们的数据，得出了一些比手臂运动更广泛的发现。
谢诺伊实验室一直是分析大量神经元如何作为一个单元运作的先驱。当他们应用这些新技术来研究手臂运动时，研究人员发现了一种方法，即大脑的不同区域将结果保持在局部，或根据需要广播信号以招募其他区域。
考夫曼解释说:“我们的神经元总是在放电，而且它们总是连接在一起。”考夫曼目前在纽约冷泉港实验室从事大脑研究。“所以控制从一个区域传递到另一个区域的信号是很重要的。”
实验设计
科学家们通过研究经过精确手臂运动训练的猴子得出了这一发现。研究人员教猴子在伸手之前稍作停顿，从而让它们的大脑在行动前做片刻准备。
记住，我们的目标是帮助建立大脑控制的假肢。因为大脑中的神经元总是发出信号，工程师必须能够区分行动命令和伴随准备的信号。
为了了解这是如何在猴子的手臂上起作用的，科学家们在实验中从三个地方获取了电流读数:手臂肌肉，以及大脑中已知控制手臂运动的两个运动皮层区域。
肌肉读数使科学家们能够确定手臂在准备状态和行动步骤中接收到的信号类型。
大脑的读数则更为复杂。
两个区域控制手臂动作．它们位于大脑顶部中心附近，向一侧一英寸。
这两个区域都由超过2000万个神经元组成。科学家们想要了解这两个区域的行为，但他们无法探测数百万个神经元。因此，他们从两个区域中精心挑选的大约100到200个神经元样本中读取数据。
在实验过程中，科学家们从两个层面检查了猴子的大脑读数。
在一个层面上，他们考虑了单个神经元的活动——神经元发出信号的速度是快是慢。
在更高的水平上，科学家们还确定了许多神经元活动的变化模式。这是一种相对较新的神经科学技术，称为总体和维度分析。它的目标是了解大脑各个区域的神经元是如何协同工作的。
寻找信号
关键的发现来自于理解单个神经元如何作为一个群体一起工作来驱动肌肉。
当猴子准备运动但保持手臂不动时，两个运动控制区域的许多神经元都记录下了活动的巨大变化。
但这种准备活动并没有推动这场运动。为什么?
科学家们意识到，在准备阶段，大脑小心地平衡了所有这些活动的变化单个神经元在每个地区．虽然一些神经元放电更快，但另一些神经元则慢了下来，这样整个种群就能向肌肉发出持续的信息。
但在采取行动的时刻，人口读数以一种可测量和一致的方式变化。
通过观察数据，科学家们可以将人群水平上的这些变化与肌肉的弯曲联系起来。群体水平的这种变化将行动与准备区分开来。
更广泛的影响
斯坦福大学的研究人员对他们的数据进行了大量的数学分析。他们必须确定两个种群中的每一个神经元当(且仅当)肌肉弯曲时，表现出关键的肌肉控制活动变化。这就是他们要寻找的信号。
考夫曼说，当他意识到这个人口水平和维度识别的想法可能会产生更广泛的影响时，这个项目已经进行了大约一年，结果是一个为期三年的项目。
他在一次科学会议上展示了大脑到肌肉的早期版本，当时一位同行的问题引起了他的思考。他在大脑区域和肌肉之间发现了人群水平的信号。这两个部分控制动作的大脑区域是否以类似的方式相互结合或分离?
“那天凌晨一点，我在酒店房间里开始分析，”考夫曼回忆道。“很快，结果就很明显了。”
“基础科学和工程之间的偶然相互作用从未停止让我感到惊讶，”谢诺伊教授说，他也是神经生物学(受尊重)和生物工程学(附属)教授，也是Bio-X的教员。“设计假肢系统来帮助瘫痪患者的一些最好的想法来自基础神经科学研究，就像这里的情况一样，一些最深刻的科学见解来自工程测量和医疗系统。”
