連接在一起的神經元如何一起發(fā)射

為了快速準確地放大感覺刺激，神經元回路需要特定的布線。大約 70 年前，出現了“一起發(fā)射的神經元連接在一起”的令人信服的想法。然而，在計算模型中，連接在一起的神經元傾向于屈服于神經生物學中未觀察到的活動和不穩(wěn)定性的爆炸式增長。Friedemann Zenke 小組現在描述了一種看似合理但直接的機制，生物學可以用來避免這個問題。

感知是可靠的，而且速度驚人。例如，您只需一瞬間就能認出照片中的一頭奶牛，并立即想起奶牛哞哞時發(fā)出的聲音和干草的氣味。要實現這一點，您的大腦需要先快速放大或抑制特定信號，然后再將它們傳播到多個大腦區(qū)域。

1949 年，心理學家唐納德·赫布 (Donald Hebb) 提出了關于大腦如何實現這一壯舉的令人信服的“組裝理論”。最好的總結是口頭禪“神經元一起燃燒的電線連接在一起。”這個想法是，對相同刺激做出反應的神經元優(yōu)先連接以形成“神經元集合”。在學習和記憶中的關鍵作用。根據赫布理論，激活幾個選擇的神經元足以觸發(fā)整個神經元集合，從而為記憶回憶提供了一個假定的解釋。但是，由于連接在一起的神經元更多地激發(fā)在一起，赫布集合經常屈服于計算機模擬中活動的爆炸式增長，而在神經生物學中很少觀察到這種不穩(wěn)定性。這種差異提出了一個問題，即赫布學說如何與解剖學上合理的回路機制相協(xié)調以提供快速的記憶回憶。

吳亦凡，前博士。Zenke 小組的學生，Friedemann Zenke 從計算神經科學的角度研究了這個問題。研究人員意識到矛盾是問題的核心。一方面，赫布系綜內的突觸連接需要很強，以通過激活其他細胞來促進快速記憶回憶。另一方面，連接不能很強以避免爆炸性活動，這會阻止神經元集合關閉，從而阻礙后續(xù)的刺激處理。

在 eLife 發(fā)表的一項研究中，Wu 和 Zenke 描述了一種看似合理但直接的機制，該機制結合了神經生物學中觀察到的幾個電路元素，為矛盾提供了解決方案。非線性瞬態(tài)放大，正如該機制所稱，有兩個階段：最初，強烈的正興奮性反饋選擇性地放大高于臨界閾值的刺激。隨后，生物突觸普遍存在的短期可塑性削弱了循環(huán)連接，從而重新穩(wěn)定系統(tǒng)并允許整體進入抑制性穩(wěn)定網絡狀態(tài)。

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