生物醫(yī)學(xué)工程師發(fā)現(xiàn)休息時的神經(jīng)活動是高度有組織的

根據(jù)賓夕法尼亞州立大學(xué)和美國國立衛(wèi)生研究院的研究，當(dāng)老鼠休息時，單個神經(jīng)元會以數(shù)秒的時間協(xié)調(diào)級聯(lián)放電，觸發(fā)整個大腦的活動。以前，這被認(rèn)為是一個相對隨機(jī)的過程——單個神經(jīng)元在沒有外部刺激的情況下在隨機(jī)時間自發(fā)放電。

第一作者、美國國家科學(xué)院院刊助理教授劉曉表示，這一發(fā)現(xiàn)于 11 月 18 日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上，是在嚙齒動物身上進(jìn)行的，但可能對更好地理解人類的神經(jīng)活動有影響——尤其是在闡明認(rèn)知能力下降方面。生物醫(yī)學(xué)工程和教師在計算和數(shù)據(jù)科學(xué)研究所共同雇用。

在休息期間，大腦似乎會自我恢復(fù)：海馬體鞏固記憶，而腦脊液則流經(jīng)神經(jīng)組織，使頭腦清醒。然而，明顯的整理和清潔的機(jī)制還不是很清楚。

“在靜息狀態(tài)下，單個神經(jīng)元以高度有組織的方式激發(fā)，作為幾秒鐘的級聯(lián)事件，”劉說。“這不是隨機(jī)噪音。我們原以為在靜息狀態(tài)下會發(fā)現(xiàn)有組織的神經(jīng)元在放電，但我們沒想到會有如此多的神經(jīng)元參與的高度組織化的活動模式。”

研究人員分析了艾倫研究所收集的公共數(shù)據(jù)集。艾倫研究所的科學(xué)家們記錄了靜止和活躍嚙齒動物中數(shù)百個神經(jīng)元的神經(jīng)元“尖峰”——通過大腦傳遞信息的電脈沖。他們還測量了瞳孔變化和身體運動?？傮w而言，賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員將他們的分析集中在來自 14 只嚙齒動物的 44 個不同大腦區(qū)域的約 10,000 個神經(jīng)元的個體動力學(xué)上。

在休息期間對嚙齒動物進(jìn)行分析，當(dāng)它們的身體靜止時;然而，據(jù)研究人員稱，尚不清楚這些動物是在睡覺還是只是在休息，因為它們是睜著眼睛睡覺的。

劉和他的團(tuán)隊分析了低頻固定時間間隔內(nèi)自發(fā)性尖峰活動的頻率。他們觀察到，70% 的記錄神經(jīng)元，無論大腦區(qū)域或起源如何，都參與了持續(xù) 5 到 10 秒的重復(fù)性、有序的全球大腦活動級聯(lián)。級聯(lián)的典型特征是從一組在休息時更活躍的神經(jīng)元到另一組在主動運動期間表現(xiàn)出更強(qiáng)烈尖峰的連續(xù)激活。

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