韩美联合研究团队掌握了脑神经活动在时间尺度上运作的普遍模式，为理解支撑脑功能的神经回路结构奠定了基础。
KAIST表示，由脑认知科学系Baek Sebeom教授、生命科学系Jeong Minhwan教授以及约翰斯·霍普金斯大学Lee Daeyeol教授研究团队组成的联合研究组，通过共同研究，确认了在多种哺乳动物物种的大脑中普遍出现的、按脑区划分的神经活动时间尺度模式，在理解大脑如何表征信息的原理方面更近一步。上述消息于24日公布。
大脑皮层是人类大脑中最突出的区域。从负责感官信息的视觉皮层等区域，到负责高级认知的前额叶皮层等区域，大脑皮层构成了一个按顺序排列的层级结构。
联合研究团队在研究中观测到，神经活动的时间尺度从层级较低的区域到层级较高的区域逐渐增加，并确认随着进入大脑的高层区域，为了进行信息处理，会出现使用相对较长时间尺度的神经活动。
研究还发现，这种趋势在灵长类和啮齿类动物中普遍存在，据此揭示出，在哺乳动物大脑的进化过程中，为执行多样任务所需的时间尺度成为一个重要的共同变量。
相反，研究也发现，尽管丘脑（thalamus）等区域与大脑皮层之间存在强连接状态，但并未出现时间尺度的层级性变化。丘脑是位于大脑深处的椭圆形核团集合体，起到将感官信息传递至大脑皮层的“中继站”作用。通过丘脑传递的信息会被输送到大脑皮层的各个部分，经过识别、判断、调节等处理过程。
此前研究中，在人类、猴类和啮齿类等大脑的大脑皮层区域，已发现自发性神经活动的时间尺度与解剖学层级呈正相关关系，即层级越高，时间尺度越长。但在真正进行大脑皮层信息表征活动时，时间尺度的变化模式却尚不为人所知。
（自左起）KAIST 生命科学系博士 Shin Eunju、约翰斯·霍普金斯大学神经科学系教授 Lee Daeyeol、KAIST 生命科学系教授 Jeong Minwhan、KAIST 脑认知科学系教授 Baek Seebeom。KAIST 提供
View original image为此，联合研究团队将执行决策行为的猴子、大鼠（rat）、小鼠（mouse）大脑中测得的神经活动分为自发性成分和与行为相关的成分，分析这两类时间尺度的变化是否在多个大脑皮层区域中都表现出“层级越高、时间尺度越长”的模式。
在此基础上，研究还将分析范围扩展至与大脑皮层存在直接连接的丘脑等区域，对比了其神经活动的时间尺度。
结果显示，联合研究团队确认，不仅是神经元的自发活动，连与决策行为相关活动的时间尺度也都在大脑皮层中随着进入更高层的信息处理区域（解剖学层级越高）而变长；相反，在大脑其他区域——丘脑中的神经活动时间尺度整体上比大脑皮层的神经活动时间尺度更短，且不存在层级性变化模式。
Baek Sebeom教授表示：“联合研究团队通过国际合作，成功揭示了神经活动的时间尺度如何随解剖学层级而变化这一普遍结构模式。由此有望在今后更详细地阐明，为实现大脑多种功能所必需的神经网络结构。”
另一方面，本次研究在韩国研究财团理工领域基础研究项目、KAIST奇点教授项目以及基础科学研究院的支持下完成。研究成果（论文）已于本月13日刊登在《美国国家科学院院刊》上。
版权所有 © 阿视亚经济 (www.asiae.co.kr)。 未经许可不得转载。
