大腦是一個(gè)由重疊電路組成的迷宮網(wǎng)絡(luò)-有些途徑鼓勵(lì)活動(dòng)，而另一些則抑制活動(dòng)。雖然早期的研究更多地集中在興奮性回路上，但現(xiàn)在人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到抑制回路在腦功能中起著同等重要的作用。沖繩科技大學(xué)研究生院(OIST)和RIKEN腦科學(xué)中心的研究人員創(chuàng)建了一個(gè)人工網(wǎng)絡(luò)來模擬大腦，表明修補(bǔ)抑制電路會(huì)導(dǎo)致記憶的擴(kuò)展。

關(guān)聯(lián)記憶是連接不相關(guān)項(xiàng)并將其存儲(chǔ)在內(nèi)存中的能力-將同現(xiàn)項(xiàng)關(guān)聯(lián)為單個(gè)情節(jié)。在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表的這項(xiàng)研究中，研究小組使用順序排列的模式來模擬記憶，發(fā)現(xiàn)當(dāng)模型考慮抑制電路時(shí)，計(jì)算機(jī)能夠記住跨越較長情節(jié)的模式。他們繼續(xù)說明如何將這一發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于解釋我們自己的大腦。

OIST的神經(jīng)編碼和大腦計(jì)算部門負(fù)責(zé)人Tomoki Fukai教授解釋說：“這種簡單的處理模型向我們展示了大腦如何處理序列提供的信息。”該研究由RIKEN合作者Tatsuya Haga博士領(lǐng)導(dǎo)。“通過使用計(jì)算機(jī)對(duì)神經(jīng)元建模，我們可以開始了解自己的記憶處理過程。”

現(xiàn)在，從物理，非生物現(xiàn)象的角度來思考大腦已成為神經(jīng)科學(xué)中一種被廣泛接受的方法，而從物理學(xué)中提煉出來的許多想法現(xiàn)在已經(jīng)在動(dòng)物研究中得到了驗(yàn)證。這樣的想法是將大腦的記憶系統(tǒng)理解為吸引網(wǎng)絡(luò)，即一組連接的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)顯示活動(dòng)模式并趨向某些狀態(tài)。吸引網(wǎng)絡(luò)的思想構(gòu)成了這項(xiàng)研究的基礎(chǔ)。

神經(jīng)生物學(xué)的信條是“一起發(fā)射的細(xì)胞相互連接”-同時(shí)活動(dòng)的神經(jīng)元變得同步，這在一定程度上解釋了我們的大腦如何隨時(shí)間變化。在他們的模型中，研究小組創(chuàng)建了興奮性回路-神經(jīng)元共同激發(fā)的模式-以復(fù)制大腦。該模型包括遍布網(wǎng)絡(luò)的許多激勵(lì)電路。

更重要的是，研究小組在模型中插入了抑制回路。不同的抑制電路在局部作用于特定電路，或全局作用于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。電路可阻止有害信號(hào)干擾勵(lì)磁電路，從而更好地激發(fā)并連接在一起。這些抑制回路使興奮回路能夠記住代表較長發(fā)作的模式。

這一發(fā)現(xiàn)與當(dāng)前關(guān)于海馬體(涉及聯(lián)想記憶的大腦區(qū)域)的已知情況相吻合。人們認(rèn)為，興奮和抑制活性之間的平衡是可以形成新的聯(lián)系的原因。抑制活性可由稱為乙酰膽堿的化學(xué)物質(zhì)調(diào)節(jié)，已知該化學(xué)物質(zhì)在海馬體的記憶中起作用。該模型是這些過程的數(shù)字表示。

然而，該方法的挑戰(zhàn)是使用隨機(jī)采樣。網(wǎng)絡(luò)中大量可能的輸出或吸引子狀態(tài)會(huì)使計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量超負(fù)荷。相反，團(tuán)隊(duì)必須依靠輸出的選擇，而不是對(duì)每種可能的組合進(jìn)行系統(tǒng)的審查。這使他們能夠克服技術(shù)難題，而又不會(huì)損害模型的預(yù)測。

總的來說，這項(xiàng)研究允許進(jìn)行總體推論-抑制性神經(jīng)元在聯(lián)想記憶中起著重要作用，這映射到我們對(duì)自己大腦的期望。Fukai說，生物學(xué)研究需要完成才能確定這項(xiàng)計(jì)算工作的確切有效性。然后，有可能將模擬的組成部分映射到它們的生物學(xué)對(duì)應(yīng)部分，從而建立更完整的海馬和聯(lián)想記憶圖。

該團(tuán)隊(duì)接下來將超越一個(gè)簡單的模型，轉(zhuǎn)向具有更好地代表海馬體的其他參數(shù)的模型，并研究局部和全局抑制回路的相對(duì)重要性。當(dāng)前模型包含關(guān)閉或打開的神經(jīng)元-零和一。未來的模型將包括樹突，即在復(fù)雜網(wǎng)格中連接神經(jīng)元的分支。這種更現(xiàn)實(shí)的模擬將更容易得出關(guān)于生物大腦的結(jié)論。

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