神经科学家揭示了底部测量的神经元发射模式

在一个新出版的研究中，来自麻省理工学院和哥伦比亚大学的神经科学家揭示了脑部一部分中的神经元的时间间隔，准确地再现它们。

研究人员发现了在传感器函数中发挥作用的侧向脑内皮质（唇部），表示经过的时间，作为动物测量，然后再现时间间隔。他们还证明了唇部中神经元群的烧制模式如何协调时序的感官和电机方面。

一篇关于10月8日当前生物学问题的纸张的主要作者Mehrdad Jazayeri表示，唇部可能只是一个节点。

“我不会得出结论，贴图式皮质是计时器，”麻省理工学院的麻省理工学院助理科学助理教授Jazayeri和麦戈尔恩大脑研究所的成员。“我们正在做的是发现了解释神经元的射击率如何随着时间的推移发展的计算原则，以及如何与单项试验中的动物行为有关。我们可以在数学上解释发生了什么。“

本文的高级作者是Michael Shadlen，神经科学教授，哥伦比亚大学的Mortimer B. Zuckerman Mind脑部行为学院。

随着时间的推移

Jazayeri在2013年加入了麻省理工学院教师，几年前开始在大脑中研究时机，而华盛顿大学的邮局。他开始测试人类衡量和重现时间的能力，使用称为“准备好的，设置的任务”。在这个实验中，主题测量两个闪光之间的时间（“准备好”和“设置”），然后在适当的时间按下按钮（“Go”） - 即在与“准备就绪的时间相同的时间之后“和”设置。“

从这些研究来看，他发现人们不仅仅是测量间隔，然后再现它。相反，在测量间隔之后，它们结合了该测量，该测量是不精确的，其先前了解了间隔所能的内容。此前的知识，在多次重复任务时建立起来，允许人们更准确地再现间隔。

“当人们重现时间时，他们似乎没有使用计时器，”Jazayeri说。“这是一个积极的概率推论行为。”

为了了解此过程中大脑中发生的事情，Jazayeri在训练有素的猴子的唇部中记录了神经元活动，以执行相同的任务。在这些录音中，他发现了测量阶段中的独特模式（“准备”和“设置”之间的间隔），以及生产阶段（“设置”和“Go”之间的间隔）。

在测量阶段期间，神经元活性增加，但不是线性的。相反，活动的斜率开始作为陡峭的曲线，随着时间的推移逐渐变平，直到给出“设定”信号。这是关键，因为测量间隔结束时的斜率预测了生产阶段的活动斜率。

当间隔短时，第二阶段期间的斜率是陡峭的。这允许活动快速增加，使得动物可以产生短暂的间隔。当间隔更长时，斜率是强烈的，达到响应时间需要更长的时间。

“随着时间的推移在测量期间，动物知道它产生的间隔更长，因此需要较浅的斜坡，”Jazayeri说。

使用此数据，当动物产生“GO”信号时，研究人员可以基于测量阶段结束时的斜率来正确预测。

“以前的研究表明，一些神经元表现出它们的烧制率升高，使其达到定时电机响应的发作。这项研究很令人兴奋，因为它提供了最初的提示可以控制这种“神经斜坡”的斜率，特别是斜坡的斜率可以通过定时间隔开始时的射击率来确定，“Dean Buonomano说是加利福尼亚大学的行为神经科学教授，洛杉矶没有参与研究。

“一个高度分布式问题”

所有认知和电机功能都依赖于某种程度。虽然唇部代表间隔繁殖期间，Jazayeri认为，在整个脑电路中发生跟踪时间，以连接诸如丘脑，基底神经节和小脑到皮质的皮下结构。

“时机将成为大脑的高度分布式问题。他说的大脑中没有一个地方，“他说。

他的实验室现在正在追求这项研究提出的几个问题。在一次随访中，研究人员正在研究动物的行为和大脑活动如何根据他们对第一个间隔持续多长时间的期望来改变。

在另一个实验中，他们是培训动物，以重现它们衡量两次的间隔。初步结果表明，在第二间隔期间，动物在第一个间隔期间细化它们所采用的测量，使它们能够比在一次测量中更好。

出版物：Mehrdad Jazayeri和Michael N. Shadlen，“一种感应和再现时间间隔的神经机制，”目前的生物学，2015; DOI：10.1016 / J.CUB.2015.08.038