艾倫腦科學研究所分析6萬個神經元，結果挑戰了諾貝爾經典理論

　　北京時間 12 月 17 日，發表在《Nature Neuroscience》上一項針對小鼠視覺系統中近 6 萬個神經元活動的新研究顯示，要想了解大腦如何計算，如何處理感覺信息來引導行爲，我們還有很長的路要走。　　
　　這項由美國艾倫腦科學研究所領導的分析顯示，<strong>處理視覺世界的大腦視覺皮層中有超過 90% 的神經元並不是按照科學家們想象的那樣工作的，它們究竟是如何工作的還是個迷。</strong>
　　艾倫腦科學研究所首席科學家兼所長 Christof Koch 博士說：“我們認爲，這些神經元處理視覺信息的原理很簡單，這些原理在所有教科書中都有。但現在我們同時檢測了成千上萬個細胞，得到了更加細微且複雜得多的圖像。”他與艾倫腦科學研究所高級研究員R.Clay Reid 博士爲該研究的共同通訊作者。
　　1959 年，兩位神經學家 David Hubel 與 Torsten Wisel 對哺乳動物大腦如何感知周圍視覺世界進行的實驗，成爲神經科學領域的突破和一個真正的轉折點。他們那項研究揭示了只對特定類型圖像做出反應的單個神經元。
　　這兩位科學家通過向貓和猴子展示簡單的圖片（比如白色背景上的黑條或黑點）來完成他們的壯舉。他們揭示的基本原理是，當你觀察周圍的世界時，大腦中的特定神經元負責識別該場景中特定區域的確切部分，而這種識別在大腦的高階部分變得更加專業和精細。
　　假設你在公園裏：一組神經元會對你視線內一根深色的樹枝產生快速的電反應。只有當鳥兒從左或右飛過你的視野時，其他神經元纔會激活。然後，你的大腦會將“樹枝”神經元與“飛鳥”神經元的信息拼接起來，從而獲得你周圍世界的完整圖像，至少理論上是這樣的。
　　Hubel 與 Wisel 的發現得到了諾貝爾生理學或醫學獎的認可，並形成了支撐大多數計算視覺應用的神經網絡基礎。在過去的十年裏，隨着新的神經科學方法的出現，越來越多的腦細胞可以同時被研究。科學家們才逐漸瞭解到，這種關於我們大腦的模型似乎並非全部，即一些神經元顯然沒有遵循調節到特定功能的經典模型。
　　但目前還不清楚這個模型到底有多不完整。
　　<strong>大腦活動的可變性</strong>
　　這項新的研究是對<strong>艾倫大腦天文臺</strong>（Allen Brain Observatory，ABO）公開數據的首次大規模分析，ABO 是一項對總共 243 只清醒小鼠視覺皮層大規模的生理調查，捕捉它們視覺系統中數萬個神經元的活動。研究人員分析了當動物看到不同簡單圖像、照片和短視頻片段時，大腦最外層皮層視覺部分近 6 萬個不同神經元的活動。視頻部分包括 Orson Welle 經典電影《Touch Of Evil》中的開場鏡頭。之所以選擇它，是因爲它有連續的運動，而且是一張沒有切割的單鏡頭。
　　這些多變且特異性低的神經元的存在並不是什麼新鮮事。但研究人員說，令人驚訝的是，它們主導了小鼠大腦的視覺部分。
　　<strong>大腦是如何計算的？</strong>
　　目前還不清楚這些其他神經元是如何處理視覺信息的。此前有研究團隊已經發現，運動可以驅動大腦視覺部分的神經元活動，但無論小鼠是否在跑步，都只能解釋視覺反應的少量變化。
　　他們的下一步研究將用更多的自然紀錄片進行類似的實驗，從而爲神經元提供更多的視覺特徵來響應。研究人員還指出，經典的模型來自對貓和靈長類動物的研究，這兩種動物在進化過程中都比小鼠更能看清自己的世界。有可能小鼠的視覺系統與我們的完全不同，但這些研究中仍然有一些原則可能適用於我們自己的大腦。
　　研究合著者 Michael Buice 說：“我們的目標不是研究視覺，而是研究大腦皮層是如何計算的。<strong>我們認爲大腦皮層有一種通用的計算結構，類似於不同類型的計算機可以運行相同程序的方式。</strong>歸根結底，計算機運行的是哪種程序並不重要，我們想了解它到底是如何運行程序的。”