神經科學學會期刊：大腦通信網路研究的最新進展

人工智慧學家

翻譯：younger

審校：心

原文：neurosciencenews

概要

一項新的研究表明，研究人員距解密大腦複雜的神經電通信系統又邁一大步。該系統是睡眠失調，老年痴呆，癲癇和精神分裂症等癥狀的生理基礎。

這個複雜的通信網路將大量的神經元組連接到一起。一個人休息的時候，使用機能性磁共振成像技術可以給大腦成像，就可以對這些神經元進行識別和研究。因為大腦的休息狀態不會被任何特定任務所影響，這個方式就可以讓人們研究大腦的「內在功能性組織」， Zhongming Liu 說，他是普杜大學生物醫學工程和電子計算機工程的助理教授。

基本原理是，當大腦看起來什麼也不做的時候，其實並不是這樣，它一點也不不安靜相反會一直很活躍，這就會提供很多種信號，他說機能性磁共振成像（fMRI ）會監控大腦中血流的變化，而Purdue 的研究人員的工作是解讀成像中的數據。

「與血流有關的數據與神經元自己使用的語言不同，」Liu說，他的研究也附屬於普杜大學綜合神經科學研究所（ the Purdue Institute for Integrative Neuroscience）。「這些神經元用電子信號與對方交談，而這些電信號會比血流更快地發生。因此我們在將這些緩慢的血流信號翻譯成神經元所使用的快速信號。」

他們的論文發布在了6月1號的 the Journal of Neuroscience（doi:10.1523/JNEUROSCI.0187-16.2016）上，這是神經科學學會的旗艦雜誌，該論文由博士生Haiguang Wen 和 Liu共同撰寫。

該研究與the Human Connectome Project（人類連接體項目）有關聯，後者是一個由美國國立衛生研究院 （the National Institutes of Health）資助的全國性項目，旨在繪出大腦的神經通路。

為了將 fMRI 血流信號翻譯成神經元所用的神經電信號，普杜大學研究人員以三種方式使用大腦數據：腦皮層電圖學，利用大腦皮層上的感測器記錄電信號；腦磁圖描記術，測量大腦生成的磁場；還有腦電描記法，在一個人被fMRI監測時，測量頭皮上的電信號。

人們認為神經元通過產生相同頻率的 振蕩與其他神經元會話。而不同的區域則用定義明確的節律振蕩通信，同時，研究人員也探索了一種無標度的通信方式，該方式中缺乏定義明確的節律特徵。

「神經學家們通常忽視這些沒有特徵的信號，認為它們是噪音或者一些不重要的東西。」Liu說。「我們從『垃圾桶』里取出這些信號，發現它們其實非常重要，因為它們幾乎與大腦中的所有神經元組都保持同步。」

同時，fMRI測出的血流數據顯示，大腦網路也使用一種全局模式的通信功能，可以跨越不同的區域並囊括整個大腦。

「我們發現，那些表面看來無特徵的無標度活動，似乎是在全局範圍內波動的，且與全局保持同步。」他說。

他們認為神經元通過以相同頻率的 振蕩與對方會話。而不同的區域則用定義明確的節律振蕩通信，研究人員也探索了一種無標度的通信方式，該方式中缺乏定義明確的節律特徵。

如果理解了大腦複雜的全局通信網路的工作模式，研究者們就可以對睡眠失調，老年痴呆，癲癇， 孤獨症和精神分裂症等癥狀背後的機制進行探索。

大腦中喚醒度和機敏性的浮動或被破壞，可能是很多疾病的主要原因。

「這種無標度活動可能會因為喚醒度的浮動而變動」，Liu說。「這些信號在所有的網路中都是與全局同步的。重要的是，我們現在知道這種全局通信使用了一種獨特的語言，這種語言與每個單獨網路中使用的特定頻率下的震蕩不同。而且這點之所以重要，是因為它可以幫我們將血流信號和浮動模式，翻譯成神經元為了不同目的所使用的不同語言。這讓我們離將血流信號翻譯成神經信號又進了一步。我們還未完全地解決翻譯問題，但我們認為我們解決了問題的主要部分。「

未來的研究工作將包括，研究睡眠失調和腦神經失調，印第安納大學醫學院的研究人員也會加入。

該團隊的發現標誌著普杜大學神經科學綜合研究所的早期研究取得了勝果。

該研究所是該大學 Life Sciences Initiative項目的 Pillars of Excellence 的一部分。普杜大學的Purdue Institute for Inflammation, Immunology and Infectious Diseases (PI4D) 研究所，以及普杜大學神經科學綜合研究所是維持普杜大學強勢地位的兩大「支柱」（pillar），也服務於Purdue Moves項目 ，旨在實現最高級別且對人類生活有最大影響的研究成。

Purdue Moves由校方的主要領導團隊，以及普杜大學的Research and Partnerships and Provost的執行副總裁辦公室聯合實施。同時，Purdue大學最近宣布的在生命科學領域投資2.5億美元也與該項目有關。

人工智慧學家Aitists

人工智慧學家是權威的前沿科技媒體和研究機構，2016年2月成立人工智慧與互聯網進化實驗室（AIE Lab)，重點研究互聯網，人工智慧，腦科學，虛擬現實，機器人，移動互聯網等領域的未來發展趨勢和重大科學問題。

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