Forskere fra Center for den neurale basis for kognition (CNBC), et fælles projekt af Carnegie Mellon University og University of Pittsburgh, har for første gang beskrevet en mekanisme kaldet "dynamisk forbindelse", hvor neuronale kredsløb rewired "på flyve "så stimuli til at være mere ivrigt sanses.
Han er beskrevet i et papir i januar 2008 spørgsmålet om Nature Neuroscience, og tilgængelige online på http://dx.doi.org/10.1038/nn2030 .
Denne nye, biologisk inspirerede algoritme til at analysere hjernen på arbejde gør det muligt for forskerne at forklare, hvorfor, når vi bemærker en duft, kan hjernen hurtigt sortere gennem input og bestemme præcis, hvad der lugter er.
"Hvis du tænker på hjernen som en computer, så forbindelser mellem neuroner er som den software, at hjernen kører. Vores arbejde viser, at denne biologiske software ændres hurtigt som en funktion af den slags input, at systemet modtager, "siger Nathan Urban, lektor i biologi på Carnegie Mellon.
Når en stimulus som en duft er stødt på, mange neuroner begynde at skyde. Når mange neuroner ilden på samme tid, kan signalerne være svært for hjernen at fortolke. I løbet af lateral hæmning, sende stimuleres neuroner "våbenhvile" beskeder til de omkringliggende neuroner, hvilket reducerer støjen og gøre det lettere at præcist at identificere en stimulus. Denne proces også lettere nøjagtig erkendelse af stimuli i mange sensoriske områder af hjernen.
I dette projekt, der specifikt Urban og kolleger undersøge den proces af lateral hæmning i et område af hjernen kaldet lugtekolben, som er ansvarlig for behandlingen dufte. Indtil nu troede forskerne, at de forbindelser, som neuroner i lugtekolben blev dikteret af anatomi og kunne kun ændre sig langsomt.
Men i denne aktuelle undersøgelse fandt Urban og kolleger, at samlingerne er i virkeligheden ikke indstillet men snarere i stand til at ændre dynamisk som svar på specifikke mønstre af stimuli. I deres forsøg, fandt de, at når excitatoriske neuroner i den lugtekolben brand i en korreleret måde, det afgør, hvordan de er funktionelt forbundet.
Forskerne viste, at dynamiske forbindelsen giver mulighed for lateral hæmning for at blive styrket, når et stort antal neuroner i første omgang reagere på en stimulus, filtrerer støj fra andre neuroner. Ved at filtrere støjen, kan stimulus være mere klart anerkendt og adskilt fra andre lignende stimuli.
"Denne mekanisme er med til at forklare, hvorfor man kan gå ind i et rum og genkende en lugt, der synes at være blomstret. Som du fortsætter med at lugte lugt, du begynder at erkende, at duften er faktisk blomster og endnu mere specifikt, er duften af roser, "Urban sagt. "Ved at forstå, hvordan hjernen gør dette, kan vi så anvende denne mekanisme til andre problemer af hjernen."
Forskere konverteret denne mekanisme til en algoritme og bruges computermodeller til yderligere at vise, at dynamiske tilslutningsmuligheder gør det lettere at identificere og skelne mellem stimuli ved at øge kontrast eller skarphed, af de stimuli, uafhængigt af den rumlige mønstre af den aktive neuroner. Denne algoritme gør det muligt for forskerne at vise anvendeligheden af den mekanisme, der på andre områder af hjernen, hvor lignende hæmmende forbindelser er udbredt. For eksempel anvendte forskerne algoritme til et sløret billede, og billedet viste forfinet og i skarpere kontrast.
http://www.cmu.edu/