在你醒來的時候,你的大腦的位會去睡覺

在你醒來的時候,你的大腦的位會去睡覺

當我們處於沉睡狀態時,我們大腦的活動會在大而明顯的波浪中消退和流動,就像觀看人體潮流一樣,在體育場周圍坐下來。 這很難錯過。

對猴子進行的新研究發現,這些週期與睡眠中存在相同的周期,但只有一小部分坐在一起,而不是整個體育場。 這就好像大腦中的微小部分獨立地入睡並且一直醒來。

更重要的是,似乎當神經元循環進入更活躍或“開啟”的狀態時,他們更善於應對這個世界。 在關注任務時,神經元也會在開啟狀態下花費更多時間。 這一發現表明,調節睡眠中大腦活動的過程也可能起到注意作用。

“選擇性注意類似於讓你的大腦中的一小部分更加清醒,”斯坦福大學的博士後研究員,該研究的共同主要作者Tatiana Engel說。 科學。 前研究生Nicholas Steinmetz是另一位共同主要作者,他在Tirin Moore實驗室進行神經生理學實驗,Tirin Moore是神經生物學教授,也是資深作者之一。

針腳和神經元

了解這些新發現的周期需要了解大腦的組織方式。 如果你要將一個引腳直接戳入大腦,那麼你所擊中的所有腦細胞都會對相同類型的東西做出反應。 例如,在一列中,它們可能都響應視野的特定部分中的對象 - 右上角。

該團隊使用了相當於非常靈敏的引腳組,可以記錄大腦中一列神經元的活動。 在過去,人們已經知道個別神經元經歷了或多或少活躍的階段,但是通過這種探測他們第一次看到給定列中的所有神經元在非常快速地發射之間循環然後以慢得多的速度發射速率,類似於睡眠中的協調週期。

“在開啟狀態期間,神經元全部開始快速射擊,”生物工程和電氣工程教授,該論文的高級作者Kwabena Boahen說。 “然後他們突然轉向低射速。 這種開關一直在發生,好像神經元正在翻轉一枚硬幣以決定它們是打開還是關閉。“

這些週期發生在幾秒或幾秒的數量級上,在清醒時不明顯,因為波不會傳播到那個柱以外,不像睡眠時波幾乎遍布整個大腦並且容易檢測。

注意

該團隊發現,較高和較低的活動狀態與回應世界的能力有關。 該小組在猴子的大腦區域進行探測,專門探測視覺世界的一部分。 對猴子進行了訓練,注意一個提示,表明在視野的特定部分 - 右上角,比如左下方 - 的某些東西即將略有變化。 如果猴子正確地發現他們已經看到了這種變化,那麼他們就得到了一種享受。

當團隊提示可能發生變化的地方時,感知世界這一部分的專欄中的神經元都開始在活躍狀態下花費更多時間。 從本質上講,他們都在一致地在各州之間繼續翻轉,但如果他們注意的話,他們會在活躍狀態下花更多的時間。 如果在細胞處於更活躍的狀態時出現刺激變化,猴子也更有可能正確識別變化。

“當該列中的神經元處於開啟狀態但未處於關閉狀態時,猴子非常善於檢測刺激變化,”恩格爾說。 即使當猴子知道要注意特定區域時,如果神經元循環到較低活動狀態,猴子經常錯過刺激變化。


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恩格爾說,這一發現可能是許多人所熟悉的。 她指出,有時候你會認為你在關注,但你仍然會錯過任何事情。

科學家表示,這些研究結果也與之前的工作有關,該研究發現更多警覺的動物和人類往往會有更多的擴張瞳孔。 在目前的工作中,當腦細胞在活躍狀態下花費更多時間時,猴子的瞳孔也更加擴張。 研究結果表明,大腦中的同步振盪,對任務的關注以及警覺的外部跡象之間存在相互作用。

“似乎注意力和覺醒的機制是相互依存的,”摩爾說。

這節省了能量嗎?

從這項工作中得出的一個問題是,為什麼當我們清醒時神經元會循環進入較低的活動狀態。 為什麼不是一直保持在更活躍的狀態,以防劍齒虎攻擊?

一個答案可能與能量有關。 “神經元一直在射擊,這與代謝成本有關,”Boahen說。 大腦使用了大量的能量,並且可能讓細胞有機會進行精力充沛的坐姿,讓大腦節省能量。

此外,當神經元非常活躍時,它們會產生可破壞細胞的細胞副產物。 恩格爾指出,低活動狀態可以讓時間清除這種神經元廢物。

“這篇論文提出了尋找這些答案的地方,”恩格爾說。

關於作者

其他共同作者包括紐卡斯爾大學的同事。 資金來自NIH,Stanford NeuroVentures,HHMI,MRC和Wellcome Trust。

資源: 斯坦福大學

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