Nature子刊解开大脑各区域间的相互作用

CMU的研究人员正在同时记录视觉系统中大脑区域的神经元群体，并利用新的统计方法观察神经活动模式的传递。

　　

卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)、阿尔伯特·爱因斯坦医学院(Albert Einstein College of Medicine)和尚帕利莫德研究中心(Champalimaud research)长期合作研究的重点是探索大脑区域之间的相互沟通。这个跨大陆的研究小组正在同时记录视觉系统中多个脑区神经元的数量，并利用新的统计方法观察脑区之间传递的神经活动模式。他们的最新发现表明，前馈和反馈信号涉及不同的神经活动模式，为大脑如何处理视觉信息提供了新的理解。

无数的大脑功能，如视觉、听觉和决策，需要多个大脑区域相互交流。研究人员此前已经研究过成对的神经元，或不同区域神经元活动的某种聚合指标，以评估信息是如何被接收、处理，然后在日常生活中发挥作用的。很少有研究小组如此详细地研究神经元群体，以了解是哪种类型的活动模式在大脑各区域之间传递。

“这项研究的想法是调查信息是如何在视觉皮层的两个区域，V1和V2之间流动的，” João D. Semedo说，他是发表在《自然通讯》上的这项工作的第一作者，曾是电子和计算机工程的博士生。“基于解剖学，我们有充分的理由相信这些区域会相互交流，但事实证明，跟踪区域之间的信号流非常困难。”

Semedo继续说道:“利用Kohn博士实验室的先进技术，我们已经能够同时记录多个大脑区域，并且在每个大脑区域内记录许多神经元。正是一组神经元一起的活动告诉我们具体发生了什么。然后，我们以一种创造性的方式应用统计方法，提取出以前没有提取过的信号。”

在他们的分析中，研究小组确定了大脑区域之间的直接交互作用，并证实了前馈交互(从V1到V2)的活动模式与反馈交互(从V2到V1)的活动模式不同。每周的会议和紧密的、团队驱动的方法使合作者在工作的各个方面保持联系，并为他们的成功做出了贡献。

爱因斯坦医学院(Albert Einstein College of Medicine)的神经科学教授亚当·科恩(Adam Kohn)解释说:“很难弄清楚是什么在大脑的一个区域与另一个区域之间进行沟通，因为信号无时无刻都在向四面八方流动。”“这项工作最让我兴奋的是它为未来打开的前景。如果我们能精确地找出与不同信号方向有关的活动模式，这将是我们在理解大脑如何工作方面向前迈出的一大步。”

更广泛地说，这些方法可以应用于研究视觉系统以外的大脑其他区域的交流流。

“这样的研究增加了我们对大脑如何工作的基本科学理解，”生物医学工程、电子和计算机工程教授Byron Yu说。“许多脑部疾病都涉及大脑各区域之间的交流中断。这项开创性的工作可能会为这类疾病带来新的治疗方法，甚至帮助我们开发新的方法来帮助大脑发育和学习。”

文章标题

Feedforward and feedback interactions between visual cortical areas use different population activity patterns