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理解噪音:斯蒂芬·里斯伯格

想象一下,你接到一个从空中扔过来的球。你的反应几乎是本能的,就像一种反射。然而,这个看似简单的动作包含了复杂的成分:一个人必须判断球的弧线,以决定它将在一个特定的高度相交于何处,以及一个人必须以多快的速度移动他的手来接住加速球。

这种计算需要整个神经信号的协调,以一种精确到能精确估计出球的速度和轨迹的方向的方式发射。再加上这个复杂的模型,每个神经元产生一定数量的噪音
2,也就是说,在不同的实验中,相同的神经元对相同的刺激产生不同的放电反应。这些多层卷积最让人沮丧,但斯蒂芬·利斯伯格(Stephen Lisberger)博士却在此基础上蓬勃发展。

杜克大学医学院(Duke School of Medicine)神经生物学系主任Screen Shot 2016-01-27 at 12.47.43 PM里斯伯格(Screen Shot 2016-01-27 at 12.47.43 PM Lisberger)强调,虽然单个有噪声的神经元无法准确估计速度和方向,但关键在于神经元的数量。1月25日,里斯伯格将他的研究成果展示给杜克大学的众多科学家。

里斯伯格和他的团队进行了多项实验,其中一只猴子用眼睛追踪视觉刺激,从而激活某些神经元。他们发现,即使在神经种群中,噪音也会持续存在。

里斯伯格非但没有气馁,反而把这种噪音变成了一种财富。他认为变异是大脑必须处理的事情;因此,他可以利用变异来了解大脑。

当一只猴子遵循视觉刺激与他的眼睛,他集成了感觉系统和大脑的运动区域叫做太Lisberger孤立的感觉系统噪声的来源,而不是太。他发现其他运动源自太没有显示相同的噪声;因此,眼动跟踪中的噪声一定来自于感觉系统。

来自感觉系统的噪音向下传播到MT, Lisberger在他的分析中也提到了这一点。

他的一位同事提出,在大量神经元上的随机噪声应该自我抵消。利斯伯格反驳了这一观点,他指出这种变化与MT中的神经元有关。成对神经元的变化一起上下波动。因此,有些“噪音”实际上是信号。这种共享的噪声通过电路传输,而独立的噪声将自己平均掉。

最后,利斯伯格通过多次试验对神经反应进行建模,以统计估计特定反应所指示的方向和速度。然而,大脑却无法同时整合和分析如此庞大的数据池。相反,大脑会利用它所拥有的一切,正如里斯伯格所指出的,这就足够了。

作者:Olivia Zhu professionalpicture

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://researchblog.duke.edu/2016/01/28/making-sense-of-noise-stephen-lisberger/