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生物医学工程师发现休息时的神经活动是高度有组织的

导读根据宾夕法尼亚州立大学和美国国立卫生研究院的研究,当老鼠休息时,单个神经元会以数秒的时间协调级联放电,触发整个大脑的活动。以前,这...

根据宾夕法尼亚州立大学和美国国立卫生研究院的研究,当老鼠休息时,单个神经元会以数秒的时间协调级联放电,触发整个大脑的活动。以前,这被认为是一个相对随机的过程——单个神经元在没有外部刺激的情况下在随机时间自发放电。

第一作者、美国国家科学院院刊助理教授刘晓表示,这一发现于 11 月 18 日发表在《美国国家科学院院刊》上,是在啮齿动物身上进行的,但可能对更好地理解人类的神经活动有影响——尤其是在阐明认知能力下降方面。生物医学工程和教师在计算和数据科学研究所共同雇用。

在休息期间,大脑似乎会自我恢复:海马体巩固记忆,而脑脊液则流经神经组织,使头脑清醒。然而,明显的整理和清洁的机制还不是很清楚。

“在静息状态下,单个神经元以高度有组织的方式激发,作为几秒钟的级联事件,”刘说。“这不是随机噪音。我们原以为在静息状态下会发现有组织的神经元在放电,但我们没想到会有如此多的神经元参与的高度组织化的活动模式。”

研究人员分析了艾伦研究所收集的公共数据集。艾伦研究所的科学家们记录了静止和活跃啮齿动物中数百个神经元的神经元“尖峰”——通过大脑传递信息的电脉冲。他们还测量了瞳孔变化和身体运动。总体而言,宾夕法尼亚州立大学的研究人员将他们的分析集中在来自 14 只啮齿动物的 44 个不同大脑区域的约 10,000 个神经元的个体动力学上。

在休息期间对啮齿动物进行分析,当它们的身体静止时;然而,据研究人员称,尚不清楚这些动物是在睡觉还是只是在休息,因为它们是睁着眼睛睡觉的。

刘和他的团队分析了低频固定时间间隔内自发性尖峰活动的频率。他们观察到,70% 的记录神经元,无论大脑区域或起源如何,都参与了持续 5 到 10 秒的重复性、有序的全球大脑活动级联。级联的典型特征是从一组在休息时更活跃的神经元到另一组在主动运动期间表现出更强烈尖峰的连续激活。

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