神经科学家可以显示多种皮质区域来处理信息

来自麻省理工学院的神经科学家表明，尽管它们预定的专业角色，但多个皮质区域同时处理传感器信息。

麻省理工学院的研究人员已经证明，大脑的皮质在高度专业的模块中不会处理特定的任务 - 表明皮质在共享信息时非常动态。

以前对大脑的研究已经描绘了皮质作为特定功能区域的拼凑而成。例如，大脑背面的视觉皮质的部分，例如，编码颜色和运动，而特定的正面和中间区域控制更复杂的功能，例如决策。神经科学家长期以来批评这个观点太划分了。

在今天发表的论文中，来自Picower研究所的研究人员在麻省理工学院的学习和记忆中，事实上，多种皮质区域同时一起工作，以处理传感器信息 - 感官输入耦合的相关动作 - 尽管他们预定的专业角色。

“神经科学的新兴视图，皮质处理是一种交换信息的动态区域网络的组合 - 而不是模块的拼凑而成 - 这就是我们发现的，”麻省理工学院大脑和认知部门的菲尔米勒教授伯爵米勒说科学和纸张的高级作者。

研究人员使用了尖端技术在必须在六个皮质区域中同时记录神经活动，其中必须识别点的颜色或运动。这些地区，从大脑前后到后面，都被认为是每个专门从事特定的感官或执行职能。然而，研究人员对所有地区的所有信息都发现了显着的编码 - 但在不同程度的强度和时序下。

米勒表示，这些发现可能导致脑病，注意力缺陷多动障碍，中风和创伤的治疗。“很多这些[问题]是皮质出现问题的事情，我们的批判思想发生在哪里，”他说。“通过更好地了解Cortex流程如何信息，我们将来会有更好的方法来对待它们。”

拍摄此类广泛分布的神经活动，米勒补充说，还要休息普遍存在的神话 - 由流行电影传播，如“露西”（2014） - 我们只使用10％的大脑，并解锁更多会导致更大的能力。“如此广泛的信息分配与我们只使用大部分大脑的概念不相容，”米勒说。

本文的领先作者是蒂宾顿大学的主要调查员Markus Siegel，以及普林斯顿大学助理教授Timothy Buschman。

处理“水下”

“拼凑”皮质的概念部分来自人类进行的功能磁共振成像（FMRI）研究，测量血流的变化，以揭示大脑的哪些部分参与特定任务。但这些测试 - 在主题执行两个单独的任务时记录血流模式的小差异 - 不要在大脑上透露整体模式。“他们向你展示了冰山上方的冰山一角，当实际上，在水之下时，各处都有很多处理，”米勒说。

在这项新的研究中，研究人员建立了一系列108个电极，在六个皮质区域中测量了2,694个地点的神经尖峰，这些地区被认为是控制特定功能：控制眼睛的横向内部区域（唇部）和额头眼域（FEF）移动;控制决策的前额叶皮质（PFC）;检测颜色的视觉区域（V4）;中间时间区域（MT），其检测运动;和较差的时间皮质（IT），响应所有可视刺激。

在实验中，受试者在红色或绿色中显示一组点，其上下移动。事先，提示（灰色形状）表明他们是否应该注意颜色或运动。在显示点之后，它们会识别眼球运动的正确颜色或运动（为绿色左侧，红色右侧;留下来，右转）。

在测试期间，研究人员在传感器通路的五个功能期间记录了神经活动（从感觉输入到动作）：识别灰色形状（提示），决定注意运动或颜色（任务），检测颜色，检测运动，并执行眼球运动（选择）。

结果揭示了神经活动，近同时，穿过董事会：感官信息 - 对于提示，颜色或运动 - 在MT和V4中开始，但流到唇部，IT，FEF和PFC。任务信息在V4中开始，但它向前流向PFC和唇部，然后向前向FEF并回到V4。在PFC和唇部内建立的选择信号，然后向前移动到FEF和V4。简而言之，尽管在特定领域存在神经尖峰，但所有信息都被广泛分享。

“有些领域可以处理运动多于颜色，有些可能比运动处理颜色更多，有时你可以看到另一个区域上升到另一个区域的信息，”米勒说。“但通常信息在皮质上分发。”

特别是米勒补充说明，这是行政“选择”信号的广泛广泛 - 决定移动他们的眼睛的方向 - 分布在皮质上。以前，有人认为决定仅在特定的皮质区域上升。“但是，你认为决定在皮质的许多部分同时渗透到众多内部，因此甚至决策也更多地是许多皮质地区的新兴财产，”他说。

非靶向治疗

米勒表示，在提供更好地了解Cortex的感觉电流处理方面，该研究可以开门，以便更广泛地使用用于中风恢复的非侵入性治疗，这输送了电脉冲以增加受损皮质区域中的脑波以恢复感觉或电机功能。

具有非侵入性技术，难以瞄准受损区域，因此它们没有被广泛使用。但这些新发现表明可能不是必要的精确目标。“关于非侵入性脑刺激的一个主要关注点是如何做到这一点，如果皮质是高度专业化结构的拼凑，”米勒说。“这表明您实际上可以使用像非侵入性技巧这样的东西同时提高一系列区域的信令，并且您不需要担心目标一个特定区域。”

该研究由美国国立卫生研究院资助。

出版物：Markus Siegel等，“在柔性传感器决策期间的皮质信息流动，”2015年6月19日科学：卷。 348号。 6241 pp.1352-1355; DOI：10.1126 / science.Aab0551.

图像：克里斯汀·丹尼尔洛夫（Christine Daniloff）