研究显示神经元的激活模式,是时间测量的基础

跟踪时间是至关重要的许多任务,比如弹钢琴,挥舞着球拍,或举行对话。麻省理工学院和哥伦比亚大学神经科学家已经发现神经元在大脑的一部分测量时间间隔和准确复制它们。

研究人员发现横向壁内的皮质(唇),在感觉运动功能中扮演重要角色,代表时间,作为动物的措施,然后复制一个时间间隔。他们还演示了如何人口的神经元的放电模型唇可以协调时间的感觉和运动方面。

嘴唇很可能只是一个节点在一个电路测量时间,说人士Jazayeri的话,一篇论文的第一作者描述的工作在10月8日当代生物学。

“我不会得出这样的结论:顶叶皮层计时器,“说Jazayeri的话,助理教授大脑麻省理工学院的认知科学和麦戈文脑研究所的一员。“我们所做的是发现计算原则,说明神经元的放电率的发展随着时间的推移,以及它如何与动物的行为单独试验。我们可以解释在数学上发生了什么。”

文章的资深作者Michael Shadlen,神经科学的教授和哥伦比亚大学心理大脑行为研究所莫蒂默·扎科曼。

随着时间的流逝

Jazayeri的话,他于2013年加入麻省理工学院教师,几年前开始学习时间在大脑中同时华盛顿大学博士后。他开始通过测试人类的测量能力和繁殖时间使用任务叫做“准备好了,,走吧。”In this experiment, the subject measures the time between two flashes ("ready" and "set") and then presses a button ("go") at the appropriate time—that is, after the same amount of time that separated the "ready" and "set."

从这些研究中,他发现人们不只是衡量一个区间,然后复制它。测量间隔它们结合后,测量不精确,与他们的先验知识的间隔。这个先验知识,建立多次重复的任务,让人们更准确地再现间隔。

“当人们繁殖一次,他们似乎并没有使用一个计时器,“Jazayeri的话说道。“这是一个积极行动的概率推理。”

发现大脑中到底发生了什么在这个过程中,Jazayeri的话记录神经元活动的嘴唇猴子训练来执行相同的任务。在这些录音,他发现独特的模式在测量阶段(间隔“准备”和“设置”),和生产阶段(间隔“组”和“去”)。

在测量阶段,神经元活动增加,但不是线性。相反,活动开始于一个陡峭的曲线的斜率逐渐变得平缓随着时间的流逝,直到“套”信号。这是关键,因为年底斜率测量区间预测活动在生产阶段的斜率。

当时间间隔很短,在第二阶段的斜率是陡峭的。这使得活动迅速增加,这样动物就可以产生一个短的时间间隔。时间间隔较长时,斜率是温和的,它需要更长的时间到达的时间响应。

”随着时间的推移,在测量期间,动物知道间隔,它生产的时间更长,因此要求有一个小坡,“Jazayeri的话说道。

通过这些数据,研究者可以正确预测,基于斜率测量阶段结束时,当动物会产生“走”的信号。

”之前的研究表明,一些神经元表现出的放电率增加的高潮的开始时间运动反应。这项研究是令人兴奋的,因为它提供了第一个暗示什么可以控制的斜率的神经增加,特别是坡道的斜率可能由发射率的开始时间间隔,”行为神经科学教授Dean Buonomano说说加州大学洛杉矶分校的他并没有参与这项研究。

“一个高度分布的问题”

所有的认知和运动功能在一定程度上依赖于时间。虽然唇代表时间间隔生育期间,Jazayeri的话相信跟踪时间发生在大脑回路连接皮层下结构如丘脑、基底神经节和小脑皮层。

“时间会对大脑是一个高度分散的问题。不会有一个地方在大脑中,时机,”他说。

他的实验室现在是追求本研究提出的几个问题。在一个随访,研究人员正在研究动物的行为和大脑活动如何改变基于他们预期第一区间将持续多久。

在另一个实验中,他们是训练动物复制间隔测量两次。初步结果表明,在第二区间,动物提炼测量他们在第一间隔,使他们能够执行比当他们做一个测量。

这个故事是由麻省理工学院新闻(再版web.mit.edu/newsoffice/),一个受欢迎的网站,包括麻省理工学院新闻研究、创新和教学。