大腦神經元反應變化 科學家無法解釋一現象

大腦神經元示意圖。（ShutterStock）

【大紀元2021年06月23日訊】（大紀元記者李少維編譯報導）一份新研究發現，通過觀察小鼠的大腦，每次聞到同一種味道、同一個聲音信號，大腦神經元響應的組合都不一樣。隨著時間的推移，參與響應的神經元逐步變化，到最後變成由完全不同的另一組神經元進行響應。

美國哥倫比亞大學（Columbia University）的研究組介紹說，這種現象叫做認知代表漂移（representational drift），他們現在的研究僅能從事實上確認大腦神經網絡運作的這個特點。

在此之前大量的腦神經研究都顯示，大腦神經網絡對於某些事情的響應是精確、不變的，這個研究組在幾天和幾週的時間內一直給小鼠聞相同的幾個味道，同時記錄小鼠聞到這些味道的時候，腦部梨狀皮質（piriform cortex）區域內，有哪些神經元被觸發。梨狀皮質是腦部一個負責分辨氣味的區域。

結果發現，在同一個時間點，一種味道激發的一組神經元是一樣的。可是幾天後，同樣的味道所激發的神經元開始出現變化。比如，有的神經元不再被激發，卻有新的神經元參與進來被激發。更驚人的是，一個月後，這種味道激發的神經元組合，幾乎和剛開始記錄時候的神經元完全不相同。

這個研究組從2014年開展這方面的研究，為了保證所發現的這個現象不是由於觀測的誤差導致的，不斷改進實驗設備和記錄數據的精確性。到了2018年，他們確信他們的實驗方法能夠準確地進行記錄。

他們在6月9日發表於《自然》（Nature）期刊的研究揭示，梨狀皮質區域內的某個神經元，在一個月後仍然能夠被同一種味道激發的概率只有十五分之一。

研究還提到一些細節，如果每天都給小鼠聞這個味道（而不是隔幾天），被激發的神經元的改變會慢一些，但是仍然會發生變化。

再者，研究人員還給有的味道搭配電擊的經歷，這是所謂的「學習」認知實驗——觀察腦部神經元對於想避開的情況的應對。結果顯示，過一段時間之後，雖然小鼠聞到這個味道仍然有想逃避的認知，可是腦部被這個味道激發的神經元組合仍然完全不一樣。

沒有參與這份研究的同行以色列魏茨曼科學研究所（Weizmann Institute of Science）的神經生物學家齊夫（Yaniv Ziv）說：「這個研究領域主流的觀點一直認為，神經元對感官刺激的反應是穩定的，不會隨著時間而改變，可是現在看來情況不是這樣。」

研究人員還提到，雖然被激發的神經元個體出現了變化，但是對於同一種味道，被激發的神經元的總數是一樣的。

認知代表漂移和星系運動的偏差

研究人員很好奇，既然被激發的神經元不斷處於變化之中，那麼當眼睛看見同一個物體、鼻子聞到同一種味道的時候，大腦如何判斷這是同一種信息？

研究者猜測一種可能性是大腦還有一種校正這些變化的機制；另一種可能是比被激發的神經元更高層的機制是一樣的；再一種可能性是，這是生物體構造上的優勢，才能讓感官持續接收新的信息，保持對信息的敏感度。其它研究組已經開始使用人工神經網絡就此展開各種模擬和研究。

主要研究者哥倫比亞大學的神經學家斯庫諾弗（Carl Schoonover）和芬克（Andrew Fink）告訴《大西洋》（The Atlantic）雜誌，他們覺得大腦認知代表漂移現象的發現，和科學家剛發現宇宙中星系的運動模式與牛頓力學預測的不相符一樣，是推動認知更新的契機。

上世紀70年代，天文學家魯賓（Vera Rubin）發現，一些星系的運動規律並不符合牛頓力學。後來，科學更提出了暗物質理論，在此過程中天文學是也在不斷地更新認知當中。

斯庫諾弗表示，也許人們對大腦的認知比對天文的認知更少，至少當時魯賓還能把星系的運動與一個很明確的牛頓理論進行對比，而現在科學家對大腦的了解，不論是動物還是人類的大腦，根本還沒有一個地位和牛頓力學相當的神經學認知理論。

責任編輯：葉紫微