圖片來源：Leandro Alonso
研究大腦的科研人員一直對神經(jīng)系統(tǒng)振蕩懷有濃厚興趣，這種節(jié)律性的腦電活動在大腦神經(jīng)回路內(nèi)部傳輸信息時發(fā)揮著重要作用。在大鼠中，大腦海馬區(qū)域的振蕩能顯示描述該動物在物理空間位置的編碼信息。在人體中，神經(jīng)振蕩研究常常涉及與癲癇以及各種睡眠紊亂之間的關系，盡管關于其精準功能的問題依然存在。
對于研究大腦不同結構如何處理信息的計算神經(jīng)學家來說，這類活動有趣的一面是神經(jīng)組織通過不同種類的振蕩對外部刺激作出回應的能力。
“這些不同的回應是神經(jīng)學科領域若干重要問題的基礎?！庇嬎闵窠?jīng)學專家、美國紐約洛克菲勒大學原博士后Leandro Alonso解釋說，“同樣的神經(jīng)組織如何在不同的時間點做不同的事情？信息如何被神經(jīng)回路的連接和固有的動力改變？”
利用計算神經(jīng)科學領域廣泛使用的描述相互連系的神經(jīng)元群體平均活動的威爾遜—考恩模型，Alonso設計了一種新的數(shù)學工具，該工具有助于其他神經(jīng)學家探索來自簡單神經(jīng)回路的廣泛回應。
Alonso在近日發(fā)表于美國物理聯(lián)合會《混沌》期刊的文章中解釋了這一成果。
“它在神經(jīng)科學建模概念上很有用，可以建立對一個控制參數(shù)的微弱變化產(chǎn)生廣泛反應的系統(tǒng)，這或許有助于提供對相同神經(jīng)組織做出不同應答的洞察?！盇lonso說，他的研究受到了利昂·利維基金會獎學金的資助。
Alonso的模型建立在一個叫作“非線性振子”的數(shù)學概念之上。當振子——處于重復波動狀態(tài)的數(shù)量——是線性時，振子會通過映射其節(jié)奏或頻率對外部輸入作出應答。相反，當使用非線性振子時，振蕩響應頻率會隨著輸入頻率而變化。振蕩響應的形態(tài)也會出現(xiàn)差異。
盡管非線性振蕩并非是神經(jīng)科學所特有的，Alonso依然非常吃驚地發(fā)現(xiàn)它與威爾遜—考恩模型結合的程度如此之好，可以為神經(jīng)元如何連接提供一些洞察，如此一來在受到刺激時，它們就能夠產(chǎn)生各種各樣的振蕩。
“當你觀察大腦中振蕩現(xiàn)象的復雜程度時，似乎可以合理地認為它可以通過以這些振蕩為基礎的一個同等復雜的系統(tǒng)來解釋?！盇lonso說，“無論是否是這種情況，非常有趣的是，一個僅擁有兩個相互連接的神經(jīng)元群體的簡單回路能夠產(chǎn)生類似的同樣多的活動類型?！?/p>
“不同的顏色表明了應答的頻率如何變化?！盇lonso解釋說。
Alonso在阿根廷布宜諾斯艾利斯大學動力系統(tǒng)實驗室培訓時開始研究神經(jīng)元的非線性振蕩，他認為該模型有助于其他計算神經(jīng)學家研究自己的模型。
“我希望這個過程有助于獲得神經(jīng)回路的指標參數(shù)。比如它們的連接性，這樣一來傳入的振蕩將激發(fā)若干不同種類的應答?！盇lonso說，“關于非線性振蕩更廣泛的討論可能還有助于讓科學家檢測其他表現(xiàn)出類似動態(tài)響應的生物系統(tǒng)?！?/p>
Alonso的下一個研究項目將是調(diào)查將這些特征結合在一起的擁有多種神經(jīng)回路系統(tǒng)的特征。（晉楠編譯）
作者： 晉楠 [責任編輯: 呂芮光]
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