当你醒来的时候,你脑中的比特就睡着了

当你醒来的时候,你脑中的比特就睡着了

当我们沉睡时,我们的大脑活动就会以大而明显的波浪起伏,就像看着人体潮涌起来,坐在体育场周围。 这很难错过。

猴子的新研究发现,这些同样的周期在睡眠中一样存在,但只有一小部分坐在一起,而不是整个体育场。 就好像大脑的小部分都是独立睡着,一直醒来一样。

更重要的是,当神经细胞进入更活跃或“开启”的状态时,他们更好地对世界做出反应。 注意任务时,神经元也会花费更多的时间在状态上。 这一发现表明调节睡眠中大脑活动的过程也可能在注意力中起作用。

斯坦福大学博士后,研究的联合主要作者塔蒂亚娜?恩格尔(Tatiana Engel)说:“选择性注意力与让大脑的一小部分更清醒相似。 科学。 前研究生Nicholas Steinmetz是另一位共同主要作者,他在神经生物学教授Tirin Moore的实验室和高级作者之一进行了神经生理学实验。

针和神经元

了解这些新发现的周期需要了解一些大脑是如何组织的。 如果你要直接刺入大脑,所有你碰到的脑细胞都会对相同类型的东西做出反应。 例如,在一列中,他们可能都会对视觉特定部分中的对象作出响应 - 右上角。

该小组使用了相当灵敏的一组针脚,可以记录大脑中一列神经元的活动。 过去,人们已经知道单个神经元经历或多或少活跃的阶段,但是通过这个探针,他们第一次看到给定列中的所有神经元在非常迅速的发射之间一起循环,然后非常慢地发射率,类似于睡眠中的协调循环。

生物工程和电气工程教授,本文资深作者Kwabena Boahen说:“在开启状态期间,神经元都开始快速发射。 “然后突然间,他们开始转向一个很低的射速。 这种开关切换一直在进行,好像神经元正在掷硬币来决定是否打开或关闭。

那些发生在秒或几分之一秒内的周期在清醒时并不明显,因为波不会在该列之外传播得太远,这与波在几乎整个大脑中传播的睡眠不同,而且很容易检测。

注意

研究小组发现,较高和较低的活动状态与对世界作出反应的能力有关。 该小组探测了猴子的大脑区域,专门检测视觉世界的一部分。 猴子们已经被训练去注意一个提示,指出在视野的某个特定部分 - 右上方或左下角 - 将会稍微改变一些东西。 如果猴子正确地认定他们看到了这种变化,那么猴子就会得到一种享受。

当团队提供了可能发生变化的线索时,感知世界某个地区的列中的神经元开始花费更多时间处于活动状态。 实质上,他们都在不同国家之间继续翻转,但是如果他们注意的话,他们会花更多时间在活跃状态。 如果在细胞处于更活跃状态时刺激变化出现,那么猴子也更可能正确识别这种变化。

恩格尔说:“当这个柱子里的神经元处于开状态,而不是处于关状态时,这个猴子非常善于检测刺激变化。 即使猴子知道要注意特定的区域,如果神经元循环到较低的活动状态,猴子经常会错过刺激变化。


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恩格尔说,这个发现对许多人来说可能是熟悉的。 她指出,有时候你会觉得自己在注意,但是你仍然会错过一些事情。

科学家们表示,这一发现也与之前的研究结果有关,后者发现更加警觉的动物和人类往往有更瞳孔扩张。 在目前的工作中,当脑细胞花费更多时间进入活动状态时,猴子的瞳孔也更加膨胀。 这些发现证明了大脑同步振荡,对任务的注意力和外在的警觉性迹象之间的相互作用。

“似乎注意和唤醒的机制是相互依存的,”摩尔说。

这是否节省能源?

这项工作产生的一个问题是为什么当我们醒来时,神经元进入一个较低的活动状态。 为什么不是一直保持在比较活跃的状态,以防刀刃老虎攻击?

一个答案可能涉及能源。 Boahen说:“与神经元始终放电有关的代谢成本。 大脑使用了大量的能量,也许让细胞有机会做到坐下来的能量让大脑节约能源。

而且,当神经元非常活跃时,它们会产生细胞副产品,这会损害细胞。 恩格尔指出,低活动状态可能有时间来清除这种神经元的浪费。

恩格尔说:“这篇文章提出了寻找这些答案的地方。

作者简介

其他合着者包括来自纽卡斯尔大学的同事。 NIH,Stanford NeuroVentures,HHMI,MRC和Wellcome Trust提供资金。

来源: 斯坦福大学

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