小柯生命報導(dǎo)
上海時間2020年8月6日晚，法國科學(xué)與技術(shù)研究所（IST,）的科研團隊在《神經(jīng)元》上發(fā)表論文，發(fā)覺海馬齒狀回的神經(jīng)元可以過濾而且放大空間信息。
轉(zhuǎn)租車司機怎么在紛繁復(fù)雜的大道小巷保持精準的方向感？這離不開腦部中一個很非常的腦區(qū)，海馬—大腦的定位系統(tǒng)（GPS）。
為了更深入地了解這個腦區(qū)的功能，IST的研究人員通過深入研究大鼠腦部GPS系統(tǒng)里單個神經(jīng)元，發(fā)覺海馬齒狀回的顆粒細胞(cell)可以過濾并放大其接收的空間信息。
海馬的主要功能是幫助我們在現(xiàn)實生活中導(dǎo)航，也為此而得名：腦部的GPS。海馬可分為齒狀回細胞膜片，CA3，CA2和CA1四個區(qū)域。
海馬從上級神經(jīng)元接收大量的信息，而這種信息只有一部份是與空間相關(guān)的，海馬須要篩選出與空間相關(guān)的有用信息并傳輸給下游腦區(qū)。
因而海馬須要一個敬業(yè)的看門人。這個看門人的角色很可能由海馬齒狀回的顆粒細胞所承當，由于這類細胞是海馬接收上游信息的第一站。
怎樣確定顆粒細胞
IST研究人員PeterJonas院士，張曉敏以及Alois旨在于研究顆粒細胞的聯(lián)通號。并且，這個任務(wù)確實極具挑戰(zhàn)。
原本的好多研究表明，好多領(lǐng)域內(nèi)的專家都不能百分之百確保她們記錄的聯(lián)通號是來自顆粒細胞。
“因為齒狀回集聚了多種不同種類的神經(jīng)元，但是她們是極其緊湊的集聚在一起，所以很難確保所記錄的聯(lián)通號一定是來自顆粒細胞。”該文章的第一作者張曉敏說。
其次，顆粒細胞即使數(shù)目龐大，而且卻是十分安靜。所以，所記錄的聯(lián)通號好多時侯會被其他比較活躍神經(jīng)元干擾。
海馬的看門人
首先，研究人員搭建了一套新穎的活體膜片鉗記錄系統(tǒng)，該技術(shù)才能記錄到在大鼠探求一個新環(huán)境時，顆粒細胞所接收和輸出的聯(lián)通號。
其次，她們結(jié)合監(jiān)督機器學(xué)習(xí)開發(fā)出新的剖析算法細胞膜片，拿來解碼顆粒細胞所接收和輸出的聯(lián)通號。
為了確保所記錄的聯(lián)通號確實來自顆粒細胞，所記錄的細胞在記錄時被注入了生物標記物以便捷實驗后對細胞類型進行鑒別。
該研究組一共記錄了近百個顆粒細胞，為該領(lǐng)域提供了這種數(shù)據(jù)迄今為止最大的數(shù)據(jù)庫。
她們發(fā)覺，在大鼠探求新環(huán)境時，接近一半的顆粒細胞會接收到有關(guān)空間信息的訊號，而且只有接近5%的顆粒細胞能成功地把接收的有關(guān)空間信息的訊號傳輸?shù)较录壣窠?jīng)元。所以，顆粒細胞行使海馬看門人的功能。
空間信息的整合
但是，顆粒細胞除了參與篩選信息，并且還參與對該信息進行加工及整合。該團隊還發(fā)覺顆粒細胞所接收的空間信息是低毒的，并且輸出的空間信息卻是十分有選擇性的。
海馬的上游皮層是由網(wǎng)格細胞（gridcell）組成，網(wǎng)格細胞在多個位置領(lǐng)取電訊號，而海馬下游的位置神經(jīng)元（placecell）一般只能在單一位置領(lǐng)取電訊號。
該研究表明顆粒細胞參與從多個位置到單一位置的空間信息轉(zhuǎn)換。“通俗來說，顆粒細胞就好似翻譯機一樣，可以把英語翻譯成英文。”PeterJonas院士解釋說。
為未來信息儲存估算能力
近一半的顆粒細胞會接收有關(guān)空間信息的訊號，但只有5%左右的顆粒細胞能成功地把接收的相關(guān)空間信息的訊號翻譯下來并傳遞給下游神經(jīng)元。
張曉敏說：“那些發(fā)育成熟的顆粒細胞更為活躍，而這些發(fā)育還沒有完全成熟的顆粒細胞則保持沉默。”
為何齒狀回會有如此一個奇特的設(shè)計呢？為何大部份顆粒細胞不直接拿來編碼當前的信息呢？
研究人員覺得海馬是把大部份顆粒細胞預(yù)留出來，等到她們完全成熟后可以編輯將來的信息，因而可以避開相像信息的相互干擾。
這項研究再度提醒我們活體單細胞膜片鉗技術(shù)的潛力。“我們的研究除了提供了腦部GPS工作的內(nèi)在機制，并再度突出指出了單個神經(jīng)元強悍的估算能力。”PeterJonas院長總結(jié)。
相關(guān)論文信息：
原文編輯|余荷
原文排版|王大雨
未來智能實驗室的主要工作包括：構(gòu)建AI智能系統(tǒng)情商評測體系，舉辦世界人工智能情商評測；舉辦互聯(lián)網(wǎng)（城市）云腦研究計劃，建立互聯(lián)網(wǎng)（城市）云腦技術(shù)和企業(yè)圖譜，為提高企業(yè)，行業(yè)與城市的智能水平服務(wù)。
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