對大腦中神經元行為的新見解可能為識別學習障礙鋪平道路

還記得老師和家長聽到人們被稱為慢學習者嗎?對于那些花費更長時間來處理信息的人來說，這種常用的描述現在已經有了它存在的科學依據。

新加坡國立大學Yong Loo Lin醫學院的科學家們發現，一個人能夠快速掌握，處理，理解，儲存和使用信息，這取決于大腦神經元發射的速度和時間。一個神經元和下一個神經元的發射之間的間隙越接近，接收，存儲和作用信息的速度就越大。

換句話說，當談到快速思考時，時機會產生重大影響。

在發現這一發現時，Sajikumar Sreedharan博士和本科生Karen Pang，博士生Mahima Sharma，博士后研究員Krishna Kumar博士 - 來自生理學系 - 以及來自中國的合作者Thomas Behnisch博士提供了有關基本信息。精確的時間可以嚴重影響記憶過程的形成。該研究于2019年3月1日在**的國際期刊“美利堅合眾國國家科學院院刊”(PNAS)上發表。

適應和學習經驗的能力是人類大腦最有趣的特征之一。這個迷人的器官由數十億個神經元組成，這些神經元又連接到許多其他細胞。神經元之間的物理連接稱為突觸，是神經元相互通信的地方。突觸非常可塑 - 這些連接可以動態增強或減弱以響應傳入的信息。突觸功效的這種變化是學習和大腦記憶形成的基礎。

新加坡國立大學的研究小組發現，海馬體(一個對記憶形成至關重要的大腦區域)的神經元使用了各種各樣的學習機制。一種這樣的學習形式，稱為“尖峰定時依賴性可塑性(STDP)”，取決于突觸前神經元和突觸后的每對電刺激(用于在神經元內傳遞信息的電活動)的時間。神經元(圖1)。突觸前神經元中的電刺激刺激神經元釋放神經遞質，神經遞質穿過突觸以激活突觸后神經元，其中信息被轉換回電刺突。當突觸前和突觸后神經元同時活動(相隔小于30毫秒)時，它們之間的連接得到加強。然而，

此外，研究人員證明，當突觸前和突觸后尖峰同時發生時，突觸強度的增加持續數小時，突觸甚至可以加強弱信息，使其得以存儲。效果是特異性的，僅用于加強這種突觸，而不是增強其他突觸的變化。這項研究揭示了神經元活動的瞬間時間在塑造大腦信息處理中的重要性。

研究人員可以檢測到峰值時間的長期影響，因為他們研究突觸變化的持續時間(4小時)比之前研究中使用的持續時間長，通常不到1.5小時。

已經提出STDP模型來解釋空間和時間序列學習。此外，STDP模型在各種必須快速完成物體識別和決策的情況下派上用場，例如拋射物避免或朋友識別。例如，當一個球飛向我們時，我們必須在非常小的時間窗口內識別物體及其行進軌跡，以便迅速采取行動以避免被擊中。同樣，當我們遇到另一個人時，我們必須迅速決定他們是朋友還是敵人。這種認識需要在STDP解釋的活動時間窗口內進行大腦各個區域的協調行動。

“不幸的是，由于海馬在這種癡呆癥的常見原因中特別受損，因此在阿爾茨海默氏病影響的大腦中，大腦能夠根據信息流的精確時間進行改變的能力可能缺乏。本研究可為理解如何提供基礎這種時間差異改變了大腦的功能，也改變了這些改變如何得到扭轉或減輕。這可能使臨床醫生能夠幫助患有記憶喪失的患者，“國立大學醫院神經病學高級顧問，記憶衰老主任Christopher Chen博士說。認知中心，國立大學衛生系統。

全面了解影響神經連接的因素對于我們理解大腦中的信息處理至關重要。它還有助于我們了解記憶是如何形成的。此外，牢牢掌握這些神經計算規則可以幫助指導人工智能技術的構建，例如深度神經網絡，其受到大腦學習機制的啟發。

“在自閉癥譜系障礙的情況下，一些神經系統比其他神經系統更活躍。這可能是一些自閉癥患者擅長某些任務，如藝術或數學，但難以社交的原因。使用人工智能，它可能有可能識別或多或少活躍的神經網絡，并且可能使用STDP規則使其功能正常化，“Sajikumar博士說。

基于對正常大腦如何計算信息和學習的這種改進的理解，研究人員可以確定可能涉及精神分裂癥，抑郁癥，睡眠喪失，中風，慢性疼痛，學習障礙和阿爾茨海默病等疾病的進一步研究機制。