新华网东京10月8日电(记者钱铮)日本科研小组近日通过猕猴实验证实,大脑在处理信息时,相邻的脑细胞能以误差仅千分之几秒的精确度同步反应,从而保证大脑稳定处理信息。这一发现为理解大脑信息处理机制提供了重要线索,并可能推动类脑计算系统的发展。
大脑内的神经细胞(神经元)负责信息传递和处理。以往研究表明,向单个神经元施加完全相同的刺激,其每次发出的电信号模式都不相同,活动极不稳定。此外,神经元本身也会死亡或受损。然而,尽管神经元如此脆弱且活动不稳定,大脑却拥有稳定的信息处理能力,这一直是神经科学领域的未解之谜。
日本科学技术振兴机构(JST)与京都大学的研究人员合作,将特殊的记录电极植入猕猴的前额叶皮质,同时记录相邻神经元的活动,并分别解析每个细胞的活动。前额叶皮质是大脑中负责高级认知功能(如决策、工作记忆和视觉刺激处理)的关键区域。
研究发现,在大脑每0.1毫米间距内平均有6到7个神经元,这些相邻细胞中有80%能以误差仅0.001到0.005秒的精确度同步反应,发出相同模式的信号。然而,当细胞间距超过0.5毫米时,它们则不会同步反应。这种同步性被称为“神经元集群同步”,是大脑信息处理稳定性的基础。
研究人员认为,尽管单个神经元的活动不稳定,但相邻神经元通过高精度同步放电,以相同的电信号相互补充,从而确保大脑能够正确处理信息。这一机制类似于“冗余编码”,即多个神经元共同编码同一信息,从而提高可靠性。这项成果不仅有助于理解大脑的工作原理,还可能为开发模拟大脑信息处理方式的神经形态计算系统提供新思路。
参考文献:日本科学技术振兴机构新闻公报(2006年10月)