数学模型揭示了单个神经元之间的协同作用

 

于利希/瓦科市（Wako-Shi），2012年3月8日 -大脑中的神经元是如何相互交流与沟通的？通常的理论是认为单个细胞元之间是没有彼此间信号交流，但是在神经集束之间则有交流。来自日本、美国和德国的科研究人员现在开发了一个可以用来检测这个假设的数学模型。他们的研究成果发表在最新一期的“PLoS计算生物学”杂志上。

操作执行各种大脑高级功能的大脑皮层中的每个神经元会接触到成千上万的其他神经元并且接收到这些神经元的各种各样的信号。此前，要想通过提取的信号解释这些神经细胞是如何一起工作，几乎是不可能的。日本理化研究所脑科学所（BSI）的科研人员与德国于利希中心和美国波士顿麻省理工学院的同行携手，联合开发了一套可澄清神经元协作方式的数学模型。

 “这种新方法可以从多路同步测量到的信号中过滤出足以判断神经元是以单个相互的方式亦或是群组相互的方式起作用”， BSI的岛崎英明博士解释说。“此外，模型也考虑到这些细胞的群组本身并不是固定的，相反，它们可以根据大脑中的电流的情况，在几个毫秒的时间内灵活地改变自身并加入到其他群组。”

于利希研究中心教授索尼亚·格吕恩（Sonja Grün）希望，该方法可以帮助研究人员更好地证明动态细胞群的存在，而且它们的活动都明确地对应于某些行为。科学家们已经证实，当一只动物在预期需要令它更快或更敏感地做出反应的信号时，神经元是如何协同工作的。

 

今后科学家们还希望能学学如何采用这种方法同步测量源自数以百计的神经元的信号。这将有可能实现直接观察到神经元群组在做规划和控制时的相关变化。

原始文献：

Shimazaki H, Amari S-i, Brown EN, Gru ̈n S (2012) State-Space Analysis of Time-Varying Higher-Order Spike Correlation for Multiple Neural Spike Train Data. PLoS Comput Biol 8(3): e1002385. doi:10.1371/journal.pcbi.1002385 http://www.ploscompbiol.org/article/info:doi/10.1371/journal.pcbi.1002385

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