研究揭示人類和小鼠推理背後的神經元計算

2020-12-14 科學網

研究揭示人類和小鼠推理背後的神經元計算

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/9/22 14:20:17

英國牛津大學David Dupret、Helen C. Barron等研究人員合作揭示人類和小鼠推理背後的神經元計算。相關論文於2020年9月17日在線發表於國際學術期刊《細胞》。

研究人員在人類和小鼠中使用了一種跨物種方法來報告推理決策所依據的功能解剖和神經元計算。研究人員顯示，在成功的推理過程中，哺乳動物的大腦使用海馬前瞻性代碼來預測時間結構化的學習聯想。此外，在休息行為期間，尖波/漣漪中海馬細胞的共激活代表推斷的關係，其中包括獎勵，從而在未一起觀察到的事件之間產生「聯繫」，但帶來了有益的結果。以這種方式計算記憶聯繫可以提供一種重要的機制，從而建立超越直接體驗的認知圖譜來支持靈活的行為方式。

據介紹，人類每天做出的決策對於適應和生存至關重要。人類重複行動會產生已知的後果。但是，人類也利用不大相關的事件來推斷和想像全新選擇的結果。這些推論性決策被認為涉及許多大腦區域。然而，潛在的神經元計算仍然未知。

附：英文原文

Title: Neuronal Computation Underlying Inferential Reasoning in Humans and Mice

Author: Helen C. Barron, Hayley M. Reeve, Renée S. Koolschijn, Pavel V. Perestenko, Anna Shpektor, Hamed Nili, Roman Rothaermel, Natalia Campo-Urriza, Jill X. O』Reilly, David M. Bannerman, Timothy E.J. Behrens, David Dupret

Issue&Volume: 2020-09-17

Abstract: Every day we make decisions critical for adaptation and survival. We repeat actions with known consequences. But we also draw on loosely related events to infer and imagine the outcome of entirely novel choices. These inferential decisions are thought to engage a number of brain regions; however, the underlying neuronal computation remains unknown. Here, we use a multi-day cross-species approach in humans and mice to report the functional anatomy and neuronal computation underlying inferential decisions. We show that during successful inference, the mammalian brain uses a hippocampal prospective code to forecast temporally structured learned associations. Moreover, during resting behavior, coactivation of hippocampal cells in sharp-wave/ripples represent inferred relationships that include reward, thereby 「joining-the-dots」 between events that have not been observed together but lead to profitable outcomes. Computing mnemonic links in this manner may provide an important mechanism to build a cognitive map that stretches beyond direct experience, thus supporting flexible behavior.

DOI: 10.1016/j.cell.2020.08.035

Source: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)31077-1

Cell：《細胞》，創刊於1974年。隸屬於細胞出版社，最新IF：36.216

相關焦點

  • 研究揭示小鼠情緒狀態的面部表情及其與神經元的關係
    研究揭示小鼠情緒狀態的面部表情及其與神經元的關係 作者：小柯機器人 發布時間：2020/4/6 10:47:14 德國馬克斯普朗克神經生物學研究所Nadine Gogolla研究團隊，揭示了小鼠情緒狀態的面部表情及其與神經元的關係
  • Science:研究揭示大腦與眼睛神經元再生機制
    2020年10月6日訊/生物谷BIOON/---神經元的死亡，無論是在大腦還是在眼睛中，都會導致許多人類神經退行性疾病的發生，包括失明以及帕金森病。目前對這些疾病的治療只能減緩疾病的進展，因為一旦神經元死亡，就無法替代。
  • 研究揭示自噬調控神經元軸突發育新機制
    該研究由東華大學化工生物學院周宇荀團隊與中國科學院上海生命科學院神經科學研究所、腦科學與智能技術卓越創新中心仇子龍研究組合作完成。該研究利用CRISPR/Cas9系統構建了Mir505基因敲除小鼠，結合胚胎電轉技術和透射電鏡技術，報導了Mir505-3p基因通過靶向抑制自噬相關基因Atg12，負向調控自噬通路並促進神經元軸突發育的新功能。該研究提供了自噬對神經發育調控作用的新證據。
  • 腦科學日報|1億神經元計算系統誕生;人類大腦皮層結構的遺傳基礎
    1，Science | 復旦大學等全球296個單位協作，首次系統揭示人類大腦皮層結構的遺傳基礎來源：iNaturecerebral cortex」的研究論文，該研究對來自51,665個人的腦磁共振成像數據進行了全基因組關聯薈萃分析，研究人員分析了整個皮質和34個已知功能腦區域的表面積和平均厚度。
  • 研究揭示小鼠運動皮層轉錄組細胞類型的表型變異
    研究揭示小鼠運動皮層轉錄組細胞類型的表型變異 作者：小柯機器人 發布時間：2020/11/16 13:56:35 美國貝勒醫學院Andreas S.
  • 前額葉皮層抑制性神經元在社交中的活動規律揭示
    社交是人的基本需求，對於個人的成長和身心不可或缺。然而不幸的是，社交障礙是自閉症、抑鬱症、精神分裂症以及社交焦慮症等主要精神疾病的一個高度共有病徵，嚴重危害患者的日常生活和工作。近日，浙江大學醫學院附屬第二醫院徐晗教授課題組揭示了前額葉皮層抑制性神經元在社交中的活動規律，並發現了其調控社交行為的神經網絡活動機制。
  • 小鼠初級體感神經元轉錄組圖譜繪製
    小鼠初級體感神經元轉錄組圖譜繪製 作者：小柯機器人 發布時間：2020/1/10 13:54:21 美國哈佛醫學院神經生物學系David D.
  • 全國首臺億級神經元類腦計算機發布:神經元數量相當於小鼠大腦
    據了解，這是我國第一臺基於自主智慧財產權類腦晶片的類腦計算機，該計算機使用了792顆由浙江大學研製的「達爾文二代」類腦晶片，支持1．2億脈衝神經元、近千億神經突觸，神經元數量規模相當於小鼠大腦，典型運行功耗只需要350－500瓦。值得一提的是，Darwin Mouse也是目前國際上神經元規模最大的類腦計算機。
  • 研究揭示聽覺皮層編碼聽覺認知的新機制
    該研究通過在頭部固定小鼠中建立一套聽覺相關的抉擇行為任務，同時使用雙光子成像技術記錄清醒小鼠的聽覺皮層第2/3層群體神經元的反應，解析了對感覺信息進行範疇化（categorization）的皮層神經元群體運算機制。負責該項目的研究人員對皮層大量神經元活動進行記錄和統計分析，發現在聽覺皮層中存在範疇抉擇相關的單細胞反應，並且，聽覺皮層神經元的信息編碼會根據任務需要發生動態變化。
  • 膀胱憋不住了-科學家揭示神經元感知膀胱壓力...
    排尿是一種生理行為，需要膀胱和尿道括約肌協調完成。除了維持體液平衡和排除代謝廢物外，在其他動物中，排尿對領地標記、吸引配偶等社會行為也很重要。人類在出生時不自覺地進行反射性排尿（也就是尿床），但隨著學習和發展，對排尿行為獲得了自主的控制。
  • 新技術揭示與自閉症風險基因相關的神經元和神經膠質異常
    新技術揭示與自閉症風險基因相關的神經元和神經膠質異常 作者：小柯機器人 發布時間：2020/11/29 22:08:27 美國哈佛大學Paola Arlotta等研究人員合作利用體內Perturb-Seq技術，揭示出與自閉症風險基因相關的神經元和神經膠質異常
  • Science:揭示vGluT2神經元在記住和處理負面經歷中起關鍵作用
    2019年12月10日訊/生物谷BIOON/---在一項新的研究中，來自匈牙利科學院和塞麥爾維斯大學的研究人員發現小鼠腦幹中的一個中樞調節它們評估、處理和記住負面經歷的能力。相關研究結果近期發表在Science期刊上，論文標題為「Median raphe controls acquisition of negative experience in the mouse」。在這篇論文中，他們描述了他們利用小鼠開展的多種神經元刺激實驗以及他們從中學到的東西。
  • 研究揭示靈長類中間神經元庫的革新
    研究揭示靈長類中間神經元庫的革新 作者：小柯機器人 發布時間：2020/10/2 23:29:16 美國麻省理工學院和哈佛大學廣泛研究所Steven A. McCarroll、Fenna M.
  • 和人類一樣,這種小動物也能用面部表情表達情緒
    來源：科學大觀園雜誌德國馬克斯·普朗克神經生物學研究所的科學家近日在小鼠身上進行的一項研究表明：和人類類似，小鼠也具有面部表情。小鼠的面部表情反映了它們的情緒。相比之下，其它動物在人類看來似乎是面無表情的。事實上，這種觀點並不正確。德國馬克斯·普朗克神經生物學研究所的科學家近日在小鼠身上進行的一項研究表明：和人類類似，小鼠也有面部表情。當它們品嘗甜或苦的食物，又或者感到焦慮時，都會表現出面部表情的變化。
  • 「聰明」的小鼠可以追趕人類嗎
    在接下去一年的時間裡，它們分化成了成熟的星形膠質細胞，數量也由最初的30萬增殖到了1200萬個，並替代了小鼠大腦原有的相同類型的細胞。 對比發現，在針對小鼠的記憶和認知的標準測試中，「半人腦老鼠」比正常小鼠的記憶力提升了四倍。因此，研究人員認為，通過注射植入人類大腦細胞可使動物們變得更加聰明。 對此，有科學家擔憂，這類實驗可能導致一些高智商動物的誕生。
  • 單個神經元不可靠!新研究推翻以往認知
    一項關於神經元的研究，讓眾人看嗨了。這項研究通過在小鼠身上做實驗，先展示了神經元「不靠譜」的一面：單個神經元兩次對相同視覺刺激的反應，竟然是不一樣的。 而這項研究卻實實在在推翻了此前觀點，作者通過實驗證明了：即使有噪音，神經元還是有能力獲取高精度的視覺編碼。 主導這項研究的小姐姐認為，小鼠感知能力的限制不由視覺皮層的神經噪音決定，而是受神經解碼過程的限制。
  • 神經元「超級替補」讓失明小鼠恢復視力
    這種特性給人類帶來了無窮困擾：一些功能性損傷導致失明、癱瘓，某些退行性改變引發帕金森病、阿爾茲海默症……最近，上海科學家利用最新基因編輯技術，挖掘出了神經細胞變身「超級替補」的潛力，為神經損傷、神經退行性疾病的治療帶來了新曙光。昨天深夜，國際權威學術期刊《細胞》雜誌在線發表了上海科學家的這項成果。
  • 徐晗課題組揭示前額葉皮層抑制性神經元在社交行為中的活動規律
    大腦的興奮性與抑制性就好像一輛汽車的油門和剎車，兩者在相互配合、相互制衡中，促進人的正常社交行為的發生。近年來，浙江大學醫學院/附屬第二醫院徐晗教授課題組一直專注於「社交行為與社交障礙神經機制」的基礎研究。近日，課題組揭示了前額葉皮層抑制性神經元在社交行為中的活動規律，並發現了其調控社交行為的神經網絡活動機制。
  • Cell:是什麼讓人類神經元如此獨特?
    2018年10月23日/生物谷BIOON/---神經元又稱神經細胞，分為細胞體（cell body）和突起（projection）兩部分。細胞體由細胞核、細胞膜和細胞質組成。突起有樹突（dendrite）和軸突（axon）兩種。樹突短而分枝多，直接由細胞體擴張突出，形成樹枝狀，其作用是接受其他神經元軸突傳來的衝動並傳給細胞體。
  • 多篇文章聚焦神經元研究奧秘
    在這項新的研究中，研究人員發現了腦幹中負責編碼甜味的神經元。在小鼠中，腦幹腦橋臂旁核是接收飢餓、飽腹感和味覺信息的主要中樞，並通過味覺丘腦將這些信息傳遞到皮質。證據顯示味覺神經元在臂旁核的分子特性可能與SatB2的神經元表達有關；但在臂旁核中擁有這種轉錄因子的神經元的作用至今仍是個謎。