艾伦脑科学研究所分析6万个神经元，结果挑战了诺贝尔经典理论

　　北京时间 12 月 17 日，发表在《Nature Neuroscience》上一项针对小鼠视觉系统中近 6 万个神经元活动的新研究显示，要想了解大脑如何计算，如何处理感觉信息来引导行为，我们还有很长的路要走。　　
　　这项由美国艾伦脑科学研究所领导的分析显示，<strong>处理视觉世界的大脑视觉皮层中有超过 90% 的神经元并不是按照科学家们想象的那样工作的，它们究竟是如何工作的还是个迷。</strong>
　　艾伦脑科学研究所首席科学家兼所长 Christof Koch 博士说：“我们认为，这些神经元处理视觉信息的原理很简单，这些原理在所有教科书中都有。但现在我们同时检测了成千上万个细胞，得到了更加细微且复杂得多的图像。”他与艾伦脑科学研究所高级研究员R.Clay Reid 博士为该研究的共同通讯作者。
　　1959 年，两位神经学家 David Hubel 与 Torsten Wisel 对哺乳动物大脑如何感知周围视觉世界进行的实验，成为神经科学领域的突破和一个真正的转折点。他们那项研究揭示了只对特定类型图像做出反应的单个神经元。
　　这两位科学家通过向猫和猴子展示简单的图片（比如白色背景上的黑条或黑点）来完成他们的壮举。他们揭示的基本原理是，当你观察周围的世界时，大脑中的特定神经元负责识别该场景中特定区域的确切部分，而这种识别在大脑的高阶部分变得更加专业和精细。
　　假设你在公园里：一组神经元会对你视线内一根深色的树枝产生快速的电反应。只有当鸟儿从左或右飞过你的视野时，其他神经元才会激活。然后，你的大脑会将“树枝”神经元与“飞鸟”神经元的信息拼接起来，从而获得你周围世界的完整图像，至少理论上是这样的。
　　Hubel 与 Wisel 的发现得到了诺贝尔生理学或医学奖的认可，并形成了支撑大多数计算视觉应用的神经网络基础。在过去的十年里，随着新的神经科学方法的出现，越来越多的脑细胞可以同时被研究。科学家们才逐渐了解到，这种关于我们大脑的模型似乎并非全部，即一些神经元显然没有遵循调节到特定功能的经典模型。
　　但目前还不清楚这个模型到底有多不完整。
　　<strong>大脑活动的可变性</strong>
　　这项新的研究是对<strong>艾伦大脑天文台</strong>（Allen Brain Observatory，ABO）公开数据的首次大规模分析，ABO 是一项对总共 243 只清醒小鼠视觉皮层大规模的生理调查，捕捉它们视觉系统中数万个神经元的活动。研究人员分析了当动物看到不同简单图像、照片和短视频片段时，大脑最外层皮层视觉部分近 6 万个不同神经元的活动。视频部分包括 Orson Welle 经典电影《Touch Of Evil》中的开场镜头。之所以选择它，是因为它有连续的运动，而且是一张没有切割的单镜头。
　　这些多变且特异性低的神经元的存在并不是什么新鲜事。但研究人员说，令人惊讶的是，它们主导了小鼠大脑的视觉部分。
　　<strong>大脑是如何计算的？</strong>
　　目前还不清楚这些其他神经元是如何处理视觉信息的。此前有研究团队已经发现，运动可以驱动大脑视觉部分的神经元活动，但无论小鼠是否在跑步，都只能解释视觉反应的少量变化。
　　他们的下一步研究将用更多的自然纪录片进行类似的实验，从而为神经元提供更多的视觉特征来响应。研究人员还指出，经典的模型来自对猫和灵长类动物的研究，这两种动物在进化过程中都比小鼠更能看清自己的世界。有可能小鼠的视觉系统与我们的完全不同，但这些研究中仍然有一些原则可能适用于我们自己的大脑。
　　研究合著者 Michael Buice 说：“我们的目标不是研究视觉，而是研究大脑皮层是如何计算的。<strong>我们认为大脑皮层有一种通用的计算结构，类似于不同类型的计算机可以运行相同程序的方式。</strong>归根结底，计算机运行的是哪种程序并不重要，我们想了解它到底是如何运行程序的。”