研究發(fā)現：新神經(jīng)活動(dòng)模式或有助于大腦學(xué)習

大腦擁有強大的能力執行和學(xué)習多樣的運動(dòng)，這有賴(lài)于腦內的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生多樣的神經(jīng)活動(dòng)模式。美國斯坦福大學(xué)的Shenoy團隊近期在《自然》雜志發(fā)表論文，展示了大腦運動(dòng)皮層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )如何利用高維神經(jīng)狀態(tài)空間中的多種活動(dòng)模式來(lái)實(shí)現對新習得的運動(dòng)的記憶索引。

在這項研究中，研究人員探索了大腦運動(dòng)皮層的神經(jīng)準備活動(dòng)伴隨運動(dòng)學(xué)習所產(chǎn)生的系統性的變化。他們訓練獼猴學(xué)習在力場(chǎng)中伸展手臂的任務(wù)，這個(gè)力場(chǎng)會(huì )產(chǎn)生與獼猴手臂運動(dòng)方向垂直并與運動(dòng)速率成正比的作用力。為適應和抵抗這個(gè)力場(chǎng)，獼猴需要學(xué)會(huì )使用手臂肌肉產(chǎn)生日?；顒?dòng)中未使用過(guò)的新的作用力。

研究團隊用電極記錄了獼猴運動(dòng)皮層的情況，并用神經(jīng)數據降維的數學(xué)方法分析了神經(jīng)準備活動(dòng)在不同神經(jīng)狀態(tài)空間中的活動(dòng)模式。

他們發(fā)現在一個(gè)可預測手臂力量的神經(jīng)狀態(tài)子空間中，神經(jīng)準備活動(dòng)的變化直接反映了運動(dòng)學(xué)習引起的行為變化，并且學(xué)習前存在的神經(jīng)活動(dòng)模式在學(xué)習后被重新使用。而在一個(gè)與此子空間正交的維度，神經(jīng)準備活動(dòng)產(chǎn)生了學(xué)習前未使用過(guò)的新的活動(dòng)模式。

令研究人員意想不到的是，這些新的神經(jīng)活動(dòng)模式并不直接反映行為上的變化，但是當獼猴學(xué)習多個(gè)不同的力場(chǎng)時(shí)，每個(gè)力場(chǎng)會(huì )引發(fā)與該力場(chǎng)相應的獨特的新神經(jīng)活動(dòng)模式。此外，這些新的神經(jīng)活動(dòng)模式似乎會(huì )形成運動(dòng)記憶，存儲在神經(jīng)準備活動(dòng)中。

綜合這些發(fā)現，研究人員推測，在這些神經(jīng)準備活動(dòng)的正交維度上，學(xué)習特定力場(chǎng)所產(chǎn)生的新神經(jīng)活動(dòng)模式有可能參與運動(dòng)記憶索引，這也許有助于大腦學(xué)習和保存新的運動(dòng)技能，同時(shí)不忘記舊的運動(dòng)技能。

這項研究主要由美國斯坦福大學(xué)Shenoy實(shí)驗室博士研究生孫旭璐等合作完成。(科技日報記者 張佳欣)

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