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Neuron:科學家發現腦波的行為編碼規則
發布時間： 2012-11-30 點擊次數： 1838次神經科學中一個zui大難題就是，大腦是怎樣在細胞水平為思維——如認知和記憶編碼的。已有證據顯示，不同的神經元集群代表了不同的信息，但還沒人知道這些集群是什么樣子或怎樣形成的。據物理學家組織網近日報道，zui近，美國麻省理工大學和波士頓大學通過研究猴子行為，揭示了神經元集群怎樣形成思維，并為思想的靈活變化提供支持。相關論文發表在近日出版的《神經元》雜志上。該研究由麻省理工大學皮科瓦學院神經科學教授埃爾·米勒領導，他們發現神經元集群是通過彼此同步振動的方式來給某個行為規則編碼。研究人員指出，這一發現表明意識的本質屬性可能是有節律的。“當我們交談時，各種想法在頭腦中不斷浮現又消失，這些都是各種神經元集群在不斷形成，組成一種形式，再改成其他形式。但大腦是怎樣做到這一點的還是個謎。”米勒說，這也正是思維本身的真正性質。
研究人員識別出了猴子腦中的兩組神經元集群。他們訓練這些猴子根據物體不同的顏色和方向作出不同的反應，這要求猴子在認知上有靈活性——在兩套不同行為規則之間轉換的能力。“事實上，它們所做的是把注意力集中在物體信息的某些方面，而忽略其他方面。它們選擇哪種行為取決于環境。”論文領導作者之一、麻省理工大學博士后蒂姆·布施曼說。當猴子改變任務時，研究人員檢測了它們整個前額葉皮質（大部分計劃、思考發生在這里）不同區域所產生的腦波，發現神經元電流以節律性振動的形式產生了腦波。當猴子以方向為判斷準則時，某些神經元以高頻振蕩，產生了β頻率波動；以顏色為準則時，另一組神經元產生了β波。有些神經元會重疊，多組集群都會用到它們，但每組集群都有自己的組合方式。而且，當以顏色為準則時，曾經的“方向組”神經元之間出現了低頻α波。研究人員認為，α波與腦活動抑制有關，能幫助那些“方向組”的神經元安靜下來。
“這表明方向準則是占優勢的，顏色準則相對較弱。大腦對‘方向組’發出了一陣α波，讓它們平息下來，這樣猴子才能使用較弱的神經組。”目前，研究小組正致力于探索大腦在不同規則之間切換，也就是思考的時候，神經元集群之間是怎樣協調彼此行為的。有些神經科學家認為，這需要有更深的腦結構起作用，比如丘腦來執行這一協調任務，但還沒人能確證這一點。米勒說：“究竟是什么在控制著你的思維？這是認知上的zui大秘密。”該研究也有助于揭示意識的神經基礎。米勒說：“意識zui基本的特征是它的容量有限，能在頭腦里并存的思想非常少。”這些波動解釋了為何意識容量是有限的。當一個動物同時思考兩件事時，需要兩組不同的集群以β頻率振動，它們互相干擾了相位。適合一個波動周期的信息數量是有限的，破壞這些振動可能導致神經紊亂，如精神分裂癥。研究還顯示，精神分裂癥患者的β振動減少。
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