面对打破预期模式的图像，比如一个禁止进入的标志，而预期的是停止标志，与看到与预期相符的图像相比，大脑是如何反应和学习的?

　　这是一个包括约克大学在内的团队着手回答的问题。一个长期存在的理论认为，大脑学习了一种对世界的预测模型，当传入的感官数据证明它们是错误的时，它的内部预测就会更新。然而，研究人员的发现让他们感到惊讶，约克科学学院副教授乔尔·齐尔伯格说，他是这篇新发表论文的共同通讯作者。

　　“检验这个理论一直是一个挑战，”他说。“我们需要能够在很长一段时间内测量自上而下的信号到大脑的感觉区域，以显示大脑如何学习新的感觉输入模式。”

　　利用小鼠模型，研究人员展示了多天的视觉模式图像，然后展示了与这些模式相违背的其他图像，同时测量了大脑视觉皮层的活动，视网膜的视觉信息在这里被处理。这个想法是为了测试神经元对新的违反模式的感觉信息的反应。

　　包括齐尔伯格在内的几位研究人员是加拿大高级研究所机器和大脑学习小组的研究员，该小组作为艾伦脑科学研究所大脑天文台及其开放范围计划的一部分进行了这项研究。OpenScope被比作是天文学家共同研究宇宙的天文台;只是这一次，研究人员分享了研究大脑的数据。

　　测量是在神经元的视觉皮层的远端顶端树突和它们的细胞体上进行的，前者接收自上而下的信号，后者接收自下而上的信号。他们想知道，当信号匹配或违背预期模式时，远端顶端树突处理视觉刺激的方式是否与它们的细胞体不同。

　　事实证明，与模式匹配的图像相比，随着时间的推移，大脑对违反大脑预测的图像模式的反应会发生不同的变化。

　　“令人惊讶的是，随着时间的推移，远端根尖树突的反应显著增长，对违反模式的输入变得越来越敏感，而细胞体则失去了最初强烈的敏感性，”计算神经科学家齐尔伯格说。“这一发现可以为大脑的感官计算和预测性学习提供重要的见解。”

　　这一发现表明，违反模式的刺激驱动了这些变化，不同形式的违反模式的刺激可能引起不同类型的预测误差。它指出了大脑的一个组成部分，可能在感官学习中发挥着前所未有的独特而重要的作用。

　　齐尔伯格说:“了解大脑如何处理新的视觉感官信息，对于开发更好的机器学习算法和应用非常重要，这些算法和应用有望帮助人们在未来恢复视力。”

　　该论文发表在《神经科学》杂志上

　　更多资料:Colleen Gillen等，体细胞和远端根尖树突对违反模式的视觉刺激的反应在数天内进化不同，神经科学杂志(2023)。DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1009-23.2023期刊信息:Journal of Neuroscience

　　约克大学提供

　　引用:研究人员帮助解开与视觉有关的大脑过程(2023,11月21日)

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