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迷信家用VR助力植物大脑试验研讨,匆匆进神经迷信开展

日期:2020-10-16 19:30:48 人气:206
一只在泡沫滚轮上奔驰的老鼠正疾速通过看似无量无尽的走廊,而四面的墙壁充满了黑白相间的条纹。但墙壁并非真实之像,它只是应用投影幻觉的模仿之境。当鼠标摸索这个虚构世界时,神经迷信家亚曼·萨利姆(Aman Saleem)会察看老鼠脑细胞的运作。刺激老鼠视网膜的光线会触发电脉冲,并传布到低级 视觉皮层中的神经元,而萨利姆早已在其中植入了电极。教科书写道神经元呼应于特定的刺激,因而雷同的输入模式应该能惹起一致的呼应。但研讨标明,现实并非如斯。当鼠标碰到先前反复的场景时,神经元以没有同的模式激起。位于伦敦大学学院试验室的萨利姆表现:“假如您在五年内奉告我这一点,我会说‘没有,没有是真的,那没有可能’。”他在2018年9月1日颁发的研讨成果显示,当老鼠在走廊中奔驰时,海马体中的细胞会以某种方式转变视觉皮层细胞的激起方式。换句话说,老鼠对于两个雷同场景的神经表现没有尽雷同,详细取决于它对于本人地位的感知。毫无疑难,植物的休会会转变它对于世界的感知:一切的大脑都能从教训中学习,并联合多种信息流来构建对于事实的感知。但研讨职员曾经以为,至少在大脑中的特定区域中(首先处置感觉器官输入的区域)可以绝对忠实地创立外部世界的表征。依据这个模型,所述表征将前往“接洽”区域,并与记忆跟 冀望联合以发生感知。如今人们广泛以为这种观念过于简略化(其主要是基于二十世纪的研讨,当时神经迷信家会麻醉或固定植物,并丈量植物大脑是如何对于被动浮现的刺激作出反响)。在2010年一项存在里程碑意思的小白鼠研讨中,研讨职员坚持小白鼠头部固定以维持对于视图的节制,但容许小白鼠站破或奔驰。对于于挪动的小白鼠,视觉神经元的激起速度比畸形情形超过两倍。所述发觉引发了一系列的试验,以摸索植物在运动期间的大脑变化,包含感觉区域对于外界的反响方式。纽约冷泉港试验室的神经迷信家安妮·邱奇兰德(Anne Churchland)表现:“这些成果存在推翻性的意思。”1. “VR大大匆匆进了神经迷信。”虚构事实技术没有是摸索所述领域的独一法子。例如,当植物在试验室中挪动时,神经迷信家会同时记载多个脑区。但在从前十年中,已有数十个研讨团队开端将小老鼠置于VR模仿之中。萨利姆表现,常常有人问他能否真的有必要采纳虚构事实,而他的答复是:假如不虚构事实,他的大局部试验都没有可能完成。在VR中,植物将领有更强的沉迷感,由于它们看到的世界能够依据其动作进行呼应,就像是在事实世界中一样。与此同时,迷信家仍旧可以坚持对于试验的严厉节制,而且能够随便添加,减少或扭曲感官输入。在萨利姆的试验采纳了《黑客帝国》的元素:这位试验者将触及的VR设备命名为尼奥,墨菲斯跟 崔妮蒂。只需植物头部遭到约束,而且休会着一个比真实环境简略得多的VR世界,总会有人质疑植物大脑处置VR的水平能否与“真实世界”一样。然而,这有助于VR研讨职员解锁摸索大脑构建世界感知的新法子。加州大学旧金山分校的神经迷信家迈克尔·史赛克(Michael Stryker)说道:“VR大大匆匆进了神经迷信。”2. VR研讨论文的激增早在20世纪60年代,研讨活动学的生物学家就曾拴住果蝇的头部,并令其在乒乓球上行走。当VR在21世纪初开端兴起时,神经迷信家们从新把眼光投向了这种法子。虚构事实技术提供了一种察看植物大脑运动的法子。即便头部坚持没有动,迷信家都有可能诈骗植物,令其以为本人正在自在地遨游。这容许研讨职员通过繁杂的脑记载技来为大批的神经元成像。于是,果蝇再次固定在乒乓球上,而研讨斑马无需充值注册就送68元幼虫的迷信家则将其头部固定在琼脂块中,但容许它们像畸形游泳时摆动尾巴。斑马无需充值注册就送68元跟 果蝇的研讨辅助迷信家们看到了更简略的神经回路。不外,其余研讨职员愿望研讨更繁杂的哺乳植物大脑。特殊地,他们对于大脑皮层感兴致,由于这里布满多层神经元的区域对于哺乳植物的智力非常首要。早在2005年,研讨职员就讲演了一种用于老鼠的原型VR体系。当普林斯顿大学的大卫·塔克(David Tank)为老鼠制作了VR模仿器之后,这种法子就成为了主流。塔克当时正在研讨老鼠的导航体系:海马体及邻近大脑区域的细胞,其用于辅助植物追踪其在空间中的地位。研讨职员首先在老鼠体内植入了电极,并记载脑细胞的激起。研讨的进展辅助塔克取得了2014年诺贝尔生理学或医学奖。但塔克愿望通过精密的细胞内电极来进一步研讨神经元的激起。这要求植物头部坚持静止,所以塔克跟 克里斯·哈维(Chris Harvey)开发了一个足够丰盛的虚构世界,并营造了一种在空间中挪动的感觉。在2009年,研讨小组在一项研讨中讲演了这个老鼠VR体系,并初次描写了海马体神经元的运作原理。他们应用多个感官输入流创立了一个空间舆图。这项研讨在从前多少年中招致了关于哺乳植物VR的论文激增。试验室纷繁研讨导航细胞跟 视觉细胞,摸索它们是如何互相影响。在弗吉尼亚州阿什伯恩的霍华德·休斯医学研讨所中,位于跑步机的老鼠在完整黑暗中行走,而面板一直从侧面进出,从而营造一种其正在向下挪动的幻觉。在伊利诺伊州的西北大学,取决于老鼠在球形跑步机的奔驰方式,其追赶的气息将削弱或加强。塔克表现:“涌现了各种各样的版本。这是一个完全的生态体系。”很难肯定植物是如何休会这种虚构世界。研讨职员常常将沉迷在驾驶游戏中的人类作为类比:玩家晓得本人实际上并不在驾驶赛车,但大脑充足介入了可以激活与真实驾驶休会雷同的视觉进程。迷信家在解释VR试验时的主要关注点是,只管投影图像与鼠标的活动同步变化,但其余感官输入却不。别的,头部固定的老鼠无奈接管到事实世界中的头部活动信号或均衡信号。对于于愿望研讨海马体导航体系是如何应用各种感官输入来创立空间感的迷信家来说,这些问题尤其令人没有安。加利福尼亚大学的神经迷信家马扬·梅达(Mayank Mehta)在2015年讲演说,当大鼠摸索2D VR体系时,海马神经元的发射方式没有同,其水平小于啮齿植物在真实世界复制空间中走动时。 (为重建VR设置,梅达给房间的窗帘印上了图案)梅达表现,事实世界的触觉,嗅觉跟 声响提醒,以及老鼠天然挪动头部跟 身材的才能坚持同步,从而以与模仿没有同的方式介入至植物的导航体系。但梅达的观念并未显著减弱其对于VR的兴致。正如他跟 其余人所标明的那样,当啮齿植物沿走廊直线挪动时,VR跟 事实世界发生了相似的神经激起模式。在新型的VR体系中,啮齿植物已经在可以在球形跑步机中活动,从而创立了天然的均衡跟 活动信号,而研讨职员的确看到了相似于真实世界的空间神经表征。梅达指出,这些试验正在辅助研讨职员摸索虚构事实要到达何种真切水平能力令大脑无奈划分。相干的法子是加强事实,亦即植物可以在试验室空间中自在挪动,但通过投影至墙壁的图像,迷信家依然可以节制其感知的画面。在这些研讨中,迷信家们没有能使用某些神经记载法子,但他们能够看到对于大脑空间感知而言非常首要的感官输入。曾因大脑导航体系而取得2014年诺贝尔奖的挪威科技大学神经迷信家爱德华·莫索尔以为,只需迷信家们认识到这些轻微差异,VR就是一种壮大的技术。3. 没有可能的世界莫索尔指出,令VR尤为壮大的起因是,“您能够为所欲为地把持环境要素,并坚持其余要素没有变”。虚构事实模仿以至能够转变物理定律。在天然界中,假如植物以特定速度奔驰,而视觉输入会依照这一速度变化。但在VR中,您能够攻破这种关系。例如,神经迷信家不断想晓得,植物在空间中挪动的感知能否更多地遭到关于其本身活动的内部信号所影响,仍是说更多地遭到其看到的画面所影响。在2018年,斯坦福大学的丽萨·吉奥科莫(Lisa Giocomo)研讨了向海马体馈送的神经元。VR试验标明,当外界以极快的速度通过期(如正穿过森林时的植物看着邻近的树木),视觉线索将主导导航体系的这一局部。当信号挪动得更慢时,由植物本身活动发生的信号将取而代之。瑞士弗雷德里希·米歇尔生物医学研讨所(Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research)的神经迷信家格奥尔·凯勒(Georg Keller)同样在试验中节制了老鼠挪动跟 视觉的关系。他在2016年讲演道,当虚构走廊的一小局部不与老鼠的挪动同步时,他称之为“没有婚配细胞”的子集将开端激起。凯勒以为,这种细胞能够辅助老鼠检测出非因本身活动发生的信号。他信任这能够为一个可追溯到20世纪40年代的实践提供证实,亦即大脑一直预测可能产生的事件,而皮层区的作用是检测相干预测的偏差。在这个模型中,老鼠预期看到的内容有一局部是基于其它所看到的画面的记忆,以及它本人的活动。这种预期会影响视觉皮层中的神经元激起。其余VR试验显示,过往的教训是如何塑造视觉皮层运动。英国爱丁堡大学的神经迷信家娜塔莉·罗什福尔(Nathalie Rochefort)在2018年讲演说,当她在虚构走廊的一个特定点给予小白鼠奖励后(一滴能够解渴的水),表征虚构走廊的视觉皮层产生了宏大变化。在一开端,走廊的一切区域在视觉皮层中都发生相等量的神经运动。但一旦“奖励区”激活时,大多数视觉皮层神经元开端只在这一地位激起。经由数十年针对于啮齿植物大脑的具体研讨后,迷信家们开端应用VR来摸索研讨成果能否同样实用于灵长类植物的大脑。例如,华盛顿大学的伊丽莎白·布法罗(Elizabeth Buffalo)正通过VR来证实灵长类植物的海马体包括“地位细胞”,就犹如啮齿植物一样。在试验中,猴子通过挪动把持杆来摸索投射的Y形迷宫。布法罗测试猴子记忆路线的才能,从而剖析海马体的空间表征是如何与它在记忆中表演的要害角色互相作用。她解释说:“咱们喜欢VR的起因是,咱们能够执行丰盛的行动义务。”4. 走向更真切的事实纽约大学纽约大学的神经迷信家大卫·施耐德(David Schneider)指出,经由十年的VR摸索,研讨感官体系的迷信家们已经没有再局限于察看独自的大脑区域。在很长一的段光阴里,迷信家们不断在探求感觉神经元是如何呼应视觉,声响,气息跟 纹理而激起。但如今,研讨职员意识到感觉皮层中的神经元“代表了世界某种特性的穿插,以及植物所做事件的某些方面”。当迷信家只向无奈挪动的老鼠浮现图像时,他们清楚低级 视觉皮层中的细胞只是单纯编码这种视觉刺激。当向可运动老鼠浮现活动图像时,活动显然同时塑造了神经元的运动。如今迷信家正在细心研讨植物的地位感,预期,以及教训关系。成果证实,这同样是视觉皮层神经运动的一局部。英国剑桥大学的神经迷信家贾斯珀·普尔特(Jasper Poort)正在辅助开发可以追踪老鼠头部活动跟 眼睛活动的头戴式摄像体系。这个设备的目的是辅助研讨职员监测植物在自在挪动时所看到的画面。他预测,察看植物在更繁杂环境中执行更繁杂的行动将进一步揭示记忆,留意力,以及大脑功用的其余方面是如何影响早期感觉处置。他解释说:“试验的方式能够带来完整没有同的成果。”施耐德增补说,50年后,迷信家们能够看看基于VR试验数据的模型,并发觉它们同样是过于简略。史赛克表现:“从久远来看,跟着技术的提高,所有都会变得没有那么虚构。”但就目前而言,他以为将老鼠置于游戏模仿中仍旧是一种富有功效的试验,由于“真正的事实可没有好侍候。”原文链接:https://yivian.com/news/60783.html起源:映维网
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