사과 주스라고 생각하는 유리를 집어 들고 한 모금을 마시고 실제로 생강 에일이라는 것을 알게됩니다. 비록 당신은 보통 소다를 좋아하지만 이번에는 끔찍합니다. 뉴욕의 스토니 브룩 대학교 (Stony Brook University)의 신경 생물학자인 알프레도 폰타니니 (Alfredo Fontanini)는 모든 동물이 감각 정보를 인식하고 처리하는 방법에 영향을 미치기 때문에 상황과 내부 상태가 있다고 설명했다. 이 경우 잘못된 자극을 예상하면 놀라움과 부정적인 반응이 발생합니다.
그러나이 영향은 인식의 질에만 국한되지 않습니다. 다른 효과 중에서, 프라이밍 감각 시스템은 입력이 좋거나 나쁘게 예상되며 동물이 얼마나 빨리 얼마나 빨리 감지하고, 식별하고 반응하는지를 가속화 할 수 있습니다.
.몇 년 전 폰타니니와 그의 팀은 맛 인식을 담당하는 뇌의 일부인 미성년 피질 에서이 속도 업 효과에 대한 직접적인 신경 증거를 발견했습니다. 그 이후로, 그들은 결과를 가능하게하는 대뇌 피질 회로의 구조를 고정 시키려고 노력해 왔습니다. 이제 그들은 가지고 있습니다. 지난 달, 그들은 자연 신경 과학 에서 그들의 발견을 발표했다 :특정 종류의 아키텍처가있는 네트워크 모델은 기대가 어떻게 작동하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공 할뿐만 아니라 과학자들이 인식에 대해 어떻게 더 일반적으로 생각 해야하는지에 대한 광범위한 질문을 탐구합니다. 더욱이, 그것은 뇌가 실제로 그들에게 쌓이지 않고 결론으로 도약한다는 것을 암시하는 의사 결정 이론과 단계적으로 나옵니다.
.더 빠른 감각과 활성 상태
감각에 가장 잘 연구 된 맛은 시작하기에 완벽한 장소였습니다. 맛이 혀에 부딪친 후, 수백 밀리 초가 통과되기 전에 미각 피질에서의 활동이 입력을 반영하기 시작합니다. 매사추세츠의 Brandeis University의 신경 과학자 인 Don Katz는“뇌 용어로는 영원히 비슷합니다. “시각 피질에서는 그 시간의 일부가 걸리므 로이 연구자들이 공부하고 싶어하는 기대 효과를 분별하기가 훨씬 더 어려워집니다.
2012 년 폰타니니와 그의 동료들은 쥐가 소리를 들었던 실험 (“예측 신호”)을 수행 한 후 입안의 튜브를 통해 작은 맛을 받았습니다. 맛 자체는 달콤하고 짠맛, 신맛이 나거나 쓰라린 것일 수 있으며, 기대 큐에는 네 가지 중 어느 것이 될 수 있는지에 대한 정보가 포함되어 있지 않았습니다.
.그럼에도 불구하고 연구자들은 이러한 일반적인 기대가 쥐가 먼저 소리를 듣지 않고 맛을받을 때의 자극을 거의 두 배나 빠르게 인식하기 위해 미각 피질의 뉴런을 유발할 수 있음을 발견했습니다. 대기 시간은 약 200 밀리 초에서 약 120 밀리 초로 떨어졌습니다.
Fontanini는 어떤 종류의 신경 네트워크가이 이론적으로 더 빠른 코딩을 가능하게 할 수 있는지 알고 싶었습니다. 그래서 그는 미각 외부에서 누군가를 접어 넣었습니다. 동료 스토니 브룩 신경 생물학자인 지안 카를로 라 카메라는 이전에 자극이 없을 때도 발생하는 자발적인 뇌 활동을 모델링하기 위해 노력한 것입니다.
.지난 수십 년 동안 감각 네트워크의 활동의 대부분이 외부 자극에 의해 주도되기보다는 본질적으로 생성된다는 점을 점점 더 강조하고 있습니다. 완전한 어둠 속에서 동물의 시각적 피질의 활동을 주위를 둘러 보는 동물의 활동과 비교하면 두 사람을 구별하기가 어렵습니다. 빛이 없더라도 피질의 뉴런 세트는 동시에 또는 예측 가능한 파도에서 함께 발사되기 시작합니다. 이 상관 관계가있는 발사는 수백 밀리 초에서 몇 초에서 몇 초에서 소위 준 안정 상태로 지속되며, 발사 패턴은 다른 구성으로 이동합니다. 자극이 도입 된 후에도 전이성 또는 일시적인 상태 사이에서 홉하는 경향은 계속되지만 일부 상태는 특정 자극에 대해 더 자주 발생하는 경향이 있으므로“코딩 상태”로 생각됩니다.
.LA 카메라 및 기타 (KATZ 포함)는 클러스터 네트워크를 구축하여 이전에 전이성을 모델링했습니다. IT에서, 흥분성 뉴런의 그룹은 강한 상호 연결을 가졌지 만, 억제 뉴런은 또한 흥분성 뉴런에 무작위로 연결되어 시스템에 광범위한 감쇠 효과를 추가했다. Fontanini는“이 클러스터 된 아키텍처는 준 안정성을 생성하는 데 기본적입니다.
폰타니니 (Fontanini), 라 카메라 (LA 카메라)와 그들의 박사후 동료 루카 마주 카토 (현재 오레곤 대학교)는 동일한 네트워크 구조가 기대의 영향을 재현하는 데 기본이라는 것을 발견했다. 클러스터 된 아키텍처가있는 준 안정 모델에서 연구원들은 일반적인 예상 신호를 시뮬레이션 한 다음 특정 맛 자극이 도착했습니다. 그들이이 일을했을 때, 그들은 폰타니니가 2012 년 쥐에서 관찰 한 가속 코딩 패턴을 성공적으로 재현했다. 결과는 단순히 이러한 주요 활동 패턴을 보여주기 위해 네트워크를 구축함으로써“많은 신경 학적 반응을 포착 할 수도 있습니다.…
연구원들이 클러스터가없는 네트워크에서 예상 신호와 자극을 모델링하려고 시도했을 때 2012 년 결과를 생성 할 수 없었습니다. Katz는“특정 유형의 네트워크 만이이 [효과]가 발생할 수있게 해줍니다.
덜 격렬한 하이킹
그 결과는 먼저 실제 미성년 피질과 다른 감각 피질에서 어떤 종류의 아키텍처를 검색 해야하는지에 대한 통찰력을 제공 한 것에 대해 주목할 만했습니다. 현재, 신경 과학자들은 맛이 어떻게 처리되는지에 대해 토론하고있다. 어떤 사람들은 특정 뉴런이“달콤한”과 다른 신경이“짠맛”을 인코딩 할 수 있다고 주장하며, 특정 취향에 대한 매우 구체적인 신경 시그니처를 만듭니다. 다른 사람들은 그것을 더 넓은 활동 패턴으로 묶습니다. 대부분의 뉴런은 대부분의 취향에 반응하며, 주어진 신경 시그니처는 한 맛과 더 상관 관계가 있습니다. Fontanini와 그의 동료들이 수행 한 작업은 후자의 이론을 뒷받침하면서 연결이 어떻게 보일지에 대한 예측을 제공합니다. Fontanini는 클러스터만으로도“미각 피질의 많은 특징을 포착한다”고 말했다.“자발적인 활동, 맛에 대한 반응 패턴, 기대 효과”라고 말했다. 그는 그 클러스터가 어떻게 형성되는지, 그리고 그들이 어떤 종류의 신경 활동에 영향을 미치는지 계속 파고 들기를 희망합니다.
이 작품은 또한 뇌의 기본 기대치의 신경 기질의 그림을 그립니다. 예측 신호가 특정 뉴런을 자극하거나 특정 상태를 유도하여 자극을 인코딩하는 것뿐만 아니라. 대신, 전체 시스템의 역학, 즉 스위칭 속도를 수정하는 것이 더 중요합니다.
Fontanini와 LA 카메라는 이러한 역학을 트로프로 가득 찬 풍경을 통해 움직이는 공에 비유합니다. 이 주머니 나 계곡은 응답 상태를 나타내며, 기대는 공이 첫 번째 트로프에 빠르게 떨어질 수 있도록 풍경을 팁합니다. 또한 공이 트로프 사이를 가로 지르는 구릉 경로를 매끄럽게하여 한 상태에서 다음 상태로 넘어 가기가 더 쉬워집니다.
.즉, 기대하면 네트워크가 조금 끈적 끈적합니다. 실제 취향을 인코딩하는 상태에 대한 하이킹을 더 쉽게 할 수 있지만 시스템이 단일 상태에 갇히게되는 안정성이 너무 많지 않습니다. 이는 종종 이러한 종류의 클러스터 네트워크를 괴롭히는 문제입니다. 그러한 클러스터링을 통해 일부 "트로프"상태는 너무 깊어지고 시스템은 잘못된 정보를 증폭시킵니다. 그러나 이러한 결과는 스위스의 Friedrich Miescher Biomedical Research에서 시각적 처리를 연구하는 신경 과학자 인 Georg Keller는“정교한 시스템이 필요하지 않다”고 말했다.
Fontanini와 LA 카메라는 이러한 종류의 메커니즘이주의와 학습과 같은 기대 이상의 다른 상황 설정 과정의 영향을 설명 할 수 있기를 희망합니다. 그러나 아마도“우리의 연구의 가장 중요한 의미는 그것이 사물을 코딩하는 뉴런의 정적 발사 반응에서 뉴런의 역학적 행동으로 초점을 바꾸는 것입니다.”라고 La Camera는 말했습니다.
신경 과학에 대한 동적 시스템 접근 방식은 거의 새로운 것이 아니지만 테스트하고 모델링하기가 어려웠습니다. 전문가들이 기본 감각 인식에 대해 생각하는 방식은 계층 적으로 경향이 있습니다. 피질은 기능을 쌓아서 인식을 형성하여 인식을 형성하여 뇌가 궁극적으로 결정이나 행동에 도달 할 때까지 더 많은 정보를 통합하는 네트워크의 다른 계층에 신호를 보냅니다.
.이 새로운 작품에서는 그렇지 않습니다. 대신, 팀의 결과는 다른 종류의 처리를 지원하는 다른 종류의 처리를 지원합니다.“이 모든 것이 동시에 발생하고, 자극이 도착하기 전에도 마찬가지입니다. "피질 영역 내에서 물건을 배우고, 그 학습을 반영하기 위해 연결된 클러스터 시스템을 형성하고"그런 다음 [기대와 함께] 영향을 미칩니다. "
.갑작스런 회전
이 모델은 의사 결정이 정보의 축적에 의해 주도되는 점진적인 프로세스가 아니라 일종의 "AHA"순간, 신경 변동의 점프임을 의미합니다. 사실, Katz는 Fontanini 및 LA 카메라와 같은 종류의 모델링을 사용하여 결정에 도착하는 (예 :음식 조각을 삼키거나 뱉어내는 것)“갑자기 넘어 질 때 발생한다”는 아이디어를 지원했습니다.
.이“맛 분야의 매우 다른 구석”사이의 연결 - 감각 인식에 대한 폰타니니의 연구와 이후 처리에 대한 자신의 연구 - Katz는“매우 흥분된”느낌을 남깁니다.
.또한 특정 신호에 반응하는 단일 뉴런에 초점을 맞추지 않고 감각 네트워크에 대한 우리의 이해에서 내부 상태와 역학을보다 명시 적으로 만드는 데 초점을 두어야한다는 점을 강조합니다. 이스라엘의 텔 아비브 대학교 (Tel Aviv University)의 신경 생물학자인 아난 모란 (Anan Moran)은“뉴런이 발사 율을 증가 시킨다고 말하는 것이 훨씬 쉽다”고 말했다. 그러나 유기체가 어떻게 작동하는지 이해하기 위해“자극만을 고려할 수없고 내부 상태에 대해서도 설명 할 수있다”고 덧붙였다. "그리고 이것은 뇌가 인식과 행동을 달성하기 위해 사용한 메커니즘에 대한 우리의 이전에 대한 우리의 [이해]를 재평가해야한다는 것을 의미합니다."
.Katz는“자극이 도착하기 전에 미각 피질에서 일어나는 일은 자극이 도착했을 때 그 자극이 처리되는 방식의 대부분입니다. 이 경우, 이러한 내부 상태가 경험이나 큐에 의해 어떻게 수정되는지 조사하면 전체 네트워크 연결에 대해 무언가를 공개했습니다.
모란은 이런 종류의 맥락 의존성은 인식과인지에 대한 다른 연구에 대한 길을 찾아야한다고 말했다. "마지막 프론티어는 시각적 시스템입니다…
"우리는 여전히이 모든 활동을 실제로 캡슐화하는 좋은 단일 모델이 없습니다"라고 덧붙였습니다. 그러나 이것은“좋은 출발점”입니다.
