Persönliche Gesundheit

Finden Sie die Gehirn-Kompass

Die Welt ist ständig bombardieren unsere Sinne mit Informationen, aber die Art und Weise, in der unser Gehirn extrahiert Bedeutung dieser Informationen bleibt ungeklärt. Wie Neuronen verwandeln raw visual input in eine mentale Repräsentation eines Objekts, wie ein Stuhl oder ein Hund?

In der Arbeit sind veröffentlicht in Nature Neuroscience, MIT Neurowissenschaftler haben festgestellt, ein Gehirn-Schaltung, die in Mäusen, die destilliert „high-dimensional“ – komplexe Informationen über die Umwelt in einem einfachen, abstrakten Objektes im Gehirn.

„Es gibt keine Grad-Markierungen in der äußeren Welt; unsere aktuelle Kopf Richtung extrahiert werden, berechnet und geschätzt, durch das Gehirn“, erklärt Ila Fiete, ein assoziiertes Mitglied des McGovern Institute und leitende Autor des Papiers. „Die Ansätze, die wir verwendet, erlaubt es uns zu zeigen die Entstehung eines niedrig-dimensionalen-Konzept, im wesentlichen eine abstrakte Kompass im Gehirn.“

Diese abstrakte Kompass, so die Forscher, ist ein ein-dimensionaler ring, stellt die aktuelle Richtung des Kopfes relativ zu der äußeren Welt.

Schwarmfische

Versuchen zu zeigen, dass eine Daten-cloud ist eine einfache Form, wie ein ring, ist ein bisschen beobachten, wie eine Schule von Fischen. Durch die Verfolgung einer oder zwei Sardinen, die Sie vielleicht nicht sehen ein Muster. Aber wenn Sie könnte anzeigen alle Sardinen, und verwandeln die laut Datensatz in Punkte, die die Positionen der ganzen Schule von Sardinen im Laufe der Zeit, und wo jeder Fisch ist relativ zu seinen Nachbarn, ein Muster entstehen. Dieses Modell würde offenbaren, eine ring-Form, eine einfache Form entsteht durch die Aktivität von Hunderten von einzelnen Fischen.

Fiete, der auch ein associate professor in der MIT Department of Brain and Cognitive Sciences, verwendet einen ähnlichen Ansatz, die sogenannten topologischen Modellierung, Transformation der Aktivität großer Populationen von lauten Neuronen in eine Daten-cloud in Form von einem ring.

Einfache und anhaltende ring

Frühere arbeiten in der Fliegen-Gehirne ergab eine physische ellipsoid ring von Neuronen repräsentiert die änderungen in der Richtung des fly ‚ s Kopf, und die Forscher vermuteten, dass ein solches system könnte auch existieren in Säugetieren.

In dieser neuen Maus-Studie, Fiete und Ihre Kollegen gemessenen Stunden der neuronalen Aktivität von Partituren von Neuronen in der anterodorsal thalamic nucleus (ADN)—eine region, geglaubt, um eine Rolle bei der räumlichen navigation, wie die Tiere bewegt sich frei um Ihre Umwelt. Sie kartierten, wie die Nervenzellen in der ADN-Schaltung ausgelöst, als das Tier den Kopf Richtung gewechselt.

Zusammen werden diese Daten Punkte bildete eine Wolke in der Form eines einfachen und permanenten ring.

„Das sagt uns eine Menge darüber, wie neuronale Netzwerke im Gehirn organisiert ist“, erklärt Edvard Moser, Direktor des Kavli Institute of Systems Neuroscience in Norwegen, die war in der Studie nicht beteiligt. „Daten aus der Vergangenheit haben indirekt darauf hin, dass so ein ring-ähnlichen Organisation, aber erst jetzt wurde es möglich, mit der richtigen Zell-zahlen und die Methoden, Sie zu demonstrieren überzeugend“, sagt Moser.

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Ihre Methode für die Charakterisierung der Form der Daten-cloud erlaubt Fiete und Kollegen, um zu bestimmen, welche Variablen die Schaltung gewidmet war, zu repräsentieren und zu Dekodieren diese variable im Laufe der Zeit, nur mit Hilfe der neuronalen Antworten.

„Das Tier tut wirklich komplizierten Sachen“, erklärt Fiete, „aber dieser Rundgang widmet sich der Integration des Tieres, die Geschwindigkeit entlang einer eindimensionalen Kompass, kodiert Kopf Richtung. Ohne ein vielfältiger Ansatz, der erfasst den gesamten Zustandsraum, Sie würden nicht wissen, dass diese Schaltung von tausenden von Neuronen kodiert nur diesen einen Aspekt des Komplexes Verhalten, und nicht-Codierung alle anderen Variablen bei der gleichen Zeit.“

Auch während des Schlafes, wenn der Stromkreis nicht bombardiert, die mit externen Informationen ist diese Schaltung sehr robust Spuren aus den gleichen eindimensionalen ring, als träumte der Vergangenheit an-Kopf-Richtung Bahnen.

Die weitere Analyse ergab, dass der ring wirkt ein Attraktor. Wenn Neuronen wegläuft Flugbahn, Sie werden zurück gezogen, um es schnell korrigiert wird, das system. Dieser Attraktor-Eigenschaft der ring bedeutet, dass die Darstellung von Kopf Richtung im abstrakten Raum ist zuverlässig, stabil über die Zeit ist eine Grundvoraussetzung, wenn wir zu verstehen und zu pflegen, ein stabiles Gefühl von wo unser Kopf ist relativ zu der Welt um uns herum.

„In der Abwesenheit von diesem ring,“ Fiete erklärt, „wir würden in der Welt verloren.“

Die Gestaltung der Zukunft

Fiete ‚ s Arbeit bietet einen ersten Einblick in die komplexe sensorische Informationen destilliert in ein einfaches Konzept im Kopf, und wie, dass die Vertretung autonom Fehler korrigiert, so dass es ungemein stabil.

Aber die Implikationen dieser Studie gehen über die Kodierung der head-Richtung.

„Ähnliche Organisation ist wohl vorhanden für andere kognitive Funktionen, also das Papier ist wahrscheinlich zu inspirieren zahlreiche neue Studien“, sagt Moser.

Fiete sieht diese Analysen und Studien durchgeführt, die von den Kollegen an der Norwegian University of Science and Technology, die Princeton University, das Weitzman Institut, und an anderer Stelle als von grundlegender Bedeutung für die Zukunft der neurale Dekodierung Studien.

Mit diesem Ansatz, erklärt Sie, ist es möglich, zu extrahieren abstrakte Repräsentationen des Geistes aus dem Gehirn, möglicherweise auch Gedanken und Träume.