写于 2017-03-23 01:20:26| 金沙平台| 总汇

研究人员首次以电子方式连接大鼠对的大脑,使他们能够直接沟通以解决简单的行为谜题

信用:杜克在一项新发表的研究中,杜克大学的研究人员详细介绍了他们是如何首次以电子方式连接大鼠的大脑,允许他们直接沟通解决行为难题北卡罗来纳州达勒姆 - 研究人员首次以电子方式连接大鼠对的大脑,使他们能够直接沟通以解决简单的行为难题这项工作的进一步测试成功地将大脑联系起来相隔数千英里的两只动物 - 一只在北卡罗来纳州的达勒姆,另一只在巴西的纳塔尔

这些项目的结果表明未来有可能将多个大脑连接起来形成研究团队称之为“有机计算机”,这可能是允许在动物群体之间共享运动和感觉信息该研究于2013年2月28日发表于科学报告“我们以前的脑机接口研究让我们相信,大脑的大脑比我们之前想象的要大得多,”该公报的主要作者,杜克大学神经生物学教授Miguel Nicolelis说

大学医学院“在那些实验中,大鼠大脑能够轻松适应接受来自身体外部设备的输入,甚至学习如何处理由人工传感器产生的不可见红外光

所以,我们问的问题是,'如果大脑可以吸收来自人工传感器的信号,它是否也能吸收来自不同身体的传感器输入的信息

'“为了测试这个假设,研究人员首先训练成对的老鼠来解决一个简单的问题:当指示灯亮时按下正确的杠杆开启杠杆之上,用一口水给老鼠奖励他们接下来通过插入微电极的阵列连接两只动物的大脑处理运动信息的皮质区域两只啮齿动物中的一只被指定为“编码器”动物这只动物接受了一个视觉提示,显示哪个杠杆按下以换取水奖励一旦这个“编码器”老鼠按下右边杠杆,其大脑活动的一个样本,编码其行为决定被转化为电刺激模式,直接传递到第二只大鼠的大脑,被称为“解码器”动物解码器大鼠具有相同类型的杠杆它的房间,但它没有收到任何视觉提示,指示它应该按哪个杠杆来获得奖励因此,要按下正确的杠杆并接收它所渴望的奖励,解码器鼠必须依靠从编码器传输的提示脑 - 脑界面研究人员然后进行了试验,以确定解码器动物能够破解编码器鼠的大脑输入以选择正确的杠杆解码器大鼠最终取得了大约70%的最大成功率,仅略低于研究人员理论上可能达到的78%的最大成功率,这是基于将信号直接发送到解码器鼠脑的成功率来实现的

重要的是,这提供了通信脑 - 脑接口是双向的

例如,如果解码器鼠做出错误的选择,编码器鼠没有得到完全的奖励

这种特殊的偶然性的结果,Nicolelis说,导致建立了“行为合作”在这对老鼠之间“我们看到当解码器老鼠犯了一个错误时,编码器基本上改变了它的大脑功能和行为,使其合作伙伴更容易做到正确,”Nicolelis说:“编码器将信号改进为 - 大脑活动的噪音比率代表决定,因此信号变得更清晰,更容易被发现并且它做出了更快,更清洁的决定来选择正确的杠杆按下总是,当编码器进行这些调整时,解码器更频繁地做出正确的决定,因此他们都得到了更好的奖励“在第二组实验中,研究人员训练成对的老鼠以区分狭窄或宽阔的开口使用他们的胡须如果开口狭窄,他们被教导鼻子戳在房间左侧的水口以获得奖励;对于一个大开口,他们不得不在右侧戳一个端口然后研究人员将老鼠分成编码器和解码器 训练解码器将刺激脉冲与左奖励戳相关联作为正确选择,并且没有具有正确奖励戳的脉冲作为正确在编码器检测到开口宽度并将选择发送到解码器的试验中,解码器研究人员在Edmond和Lily Safra国际纳塔尔神经科学研究所(ELS- IINN),并通过互联网将其脑信号传输到北卡罗来纳州达勒姆的一个解码器老鼠他们发现这两只老鼠仍然可以在触觉辨别任务上一起工作“所以,即使这些动物在不同的大陆,由此产生的噪音传输和信号延迟,他们仍然可以沟通,“Miguel Pais-Vieira博士说,博士后研究员和研究的第一作者”这告诉我们它可以b可能创建一个可行的,分布在许多不同位置的动物大脑网络“Nicolelis补充道,”这些实验证明了在大鼠脑中建立复杂,直接的通信联系的能力,以及解码器大脑正在作为模式识别工作的能力设备所以基本上,我们正在创建一个解决谜题的有机计算机“”但在这种情况下,我们不输入指令,而只是表示编码器做出的决定的信号,该信号被传输到解码器的大脑找出如何解决这个难题因此,我们正在创建一个由两个大脑组成的单个中枢神经系统,“Nicolelis他说,从理论上说,这样的系统不仅限于一对大脑,而是可能包括一个大脑网络,或“脑网”杜克大学和ELS-IINN的研究人员正在开展实验,将多个动物联合起来解决更复杂的行为问题

sks“我们无法预测当动物开始作为脑网的一部分进行交互时会出现什么样的新兴属性理论上,你可以想象大脑的组合可以提供个体大脑无法自己实现的解决方案,”Nicolelis继续说道

连接甚至可能意味着一只动物会融入另一种动物的“自我”,他说:“事实上,我们对这些实验中解码器大鼠的感觉皮层的研究表明,解码器的大脑开始在其触觉皮层中代表不仅仅是它的自己的胡须,但编码器老鼠的胡须,我们检测到皮质神经元响应两组胡须,这意味着大鼠在自己的基础上创建了第二个身体的第二个代表“这种适应的基础研究可能会导致Nicolelis称之为“社会互动的神经生理学”的新领域这种复杂的实验将通过实验室记录大脑的能力来实现来自近2000个脑细胞的信号一次研究人员希望记录未来五年内10-30,000个皮质神经元同时产生的电活动

这种大规模的脑记录将能够更精确地控制运动神经假体 - 例如Walk开发的那些Nicolelis表示,再次项目 - 恢复对瘫痪人群的运动控制,最近获得了来自巴西研究资助机构FINEP的2000万美元赠款,以开发第一个旨在恢复活动能力的全脑外控全身外骨骼在严重瘫痪的患者中这项技术的首次演示计划在2014年巴西足球世界杯的首场比赛中除了Nicolelis和Pais-Vieira之外,科学报告研究的其他共同作者是公爵米哈伊尔·列别杰夫和王静,以及位于Brazi纳塔尔的Edmond和Lily Safra国际纳塔尔神经科学研究所的Carolina Kunicki l该研究得到了美国国立卫生研究院(R01DE011451)的支持,包括美国国立卫生研究院的国家精神卫生研究所(DP1MH099903); Bial基金会;巴西国家科学技术研究所计划;巴西国家科学和技术发展委员会;和巴西研究资助机构FINEP和FAPERN出版物:Miguel Pais-Vieira,et al,“用于实时共享感觉运动信息的脑 - 脑界面”,科学报告3,文章编号:1319 doi:101038 / srep01319来源:杜克大学医学中心图片:杜克大学