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一项新的研究揭示了神经系统如何减弱或增强感官信息

果蝇也许可以教给研究人员关于人工智能的一两件事。

密歇根大学的生物学家和他们的同事发现了一个神经网络,该网络使果蝇的果蝇能够将强度不同的外部刺激转换为对何时采取行动的“是或不是”的决定。

这项研究计划于10月15日发表在《当前生物学》杂志上,它暗示了这些决定如何在其他物种中发挥作用,甚至可能被用于帮助AI机器学习对信息进行分类。

假设您正在打开的窗户附近工作。如果外部噪音足够低,您甚至可能不会注意到它。随着噪声水平逐渐增加,您会开始注意到它更多,最终,您的大脑将决定是否起床并关闭窗户。

但是神经系统如何将强度的逐渐线性增加转化为二进制的“是/不是”行为决定?

密歇根大学生命科学研究所的教授,该研究的资深作者,神经科学家Bing Ye说:“这是一个很大的问题。”“在感觉输入和行为输出之间有一点'黑匣子'。通过这项研究,我们想打开那个盒子。”

人类或其他哺乳动物的大脑成像可以识别大脑中对特定刺激有反应的某些区域。但是,为了确定神经元如何以及何时将线性信息转换为非线性决策,研究人员需要对神经系统进行更深入,更定量的分析。

他们选择与果蝇样生物合作,因为遗传工具的可用性使人们有可能识别出对刺激有反应的单个神经元。

使用一种通过神经元之间的钙信号传导检测神经元活动的成像技术,科学家们能够对果蝇的整个中枢神经系统进行3-D神经活动成像。

LSI的研究人员,这项研究的主要作者之一胡佳(Yujia Hu)表示:“我们看到的是,当我们刺激检测到有害刺激的感觉神经元时,许多大脑区域会在几秒钟内发光。”“但是这些大脑区域执行不同的功能。一些大脑立即处理感官信息,一些大脑激发行为输出-但是对于在此期间发生的这种转换过程,还有更多的大脑区域。”

当感觉神经元检测到有害的外部刺激时,它们会向中枢神经系统中的二阶神经元发送信息。研究人员发现,特别是神经系统的一个区域,称为后内侧核,通过减弱强度较低的信号或放大强度较高的信号来对感觉信息作出反应,将感觉输入的梯度有效地分类为“响应”或“不”。 t回应”类别。

信号通过增加二阶神经元向神经网络的募集而被放大-研究人员将其称为逐步放大。例如,轻微的刺激可以激活两个二级神经元,而更强烈的刺激可以激活网络中的10个二级神经元。然后,较大的网络可以提示行为响应。

但是,要做出“是/否”的决定,神经系统不仅需要一种方法来放大信息(对于“是”的反应),而且还需要抑制不必要或危害程度较小的信息(对于“否”的反应)。

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