这取决于大脑神经元发射的速度和时间,这些连接是实现神经元基本功能的关键要素

意大利团队研究委员会电子和磁性材料研究所(CNR-IMEM)的科学家与俄罗斯、法国科学家合作,首次用聚合物开发的电化学元件(忆阻器)代替神经突触连接两个神经元,以人工方式实现了神经元之间的直接通信。该成果发表在最新一期《先进材料技术》(Advanced
Materials Technologies)上。

新方法实现神经元轴突精确连接
据美国物理学家组织网10月26日报道,美国麻省理工学院最近开发出一种新方法,能在实验皿上诱导神经元在精确的位置形成轴突连接。研究人员指出,通过这种方法,在可控制的条件下,能迅速、大规模地筛选新药,帮助提高老年痴呆患者的认知能力。相关论文发表在10月25日的《自然通讯》杂志网站上。大脑约有1000亿个神经元,每个神经元通过突触和其它上千个神经元相连,它们释放神经传导素把信号传给其它神经元,实现信息共享、协调运作、形成记忆等,破坏突触连接会导致神经紊乱,记忆力下降、自闭症、老年痴呆等。许多科学家认为,加强突触连接能治疗这些病症以及老化导致的脑功能下降。目前,实验室诱导生长的神经元一般只能形成一大堆杂乱无章的连接,很难用于研究。麻省理工电力工程副教授麦米特雅尼克和同事设计出一种新方法,让每个突触前神经元都生长在实验皿上的单独分隔室中,分隔室只有一个微小开口通道与其它分隔室相连。突触前神经元将长长的轴突从这些通道里送出来,进入其它分隔室,才能与其它的神经元形成突触连接。用这种方式,我们就能诱导突触在非常精确的位置形成连接。雅尼克说,一个实验皿上能培养数十万个突触,然后用它们来测试各种潜在的药物。这种技术还能探测突触强度的变化,敏感度是现有方法的10倍。研究人员还用这种新技术对HDAC抑制剂的多种变体进行了测试。HDAC是一种酶,能控制细胞核内DNA缠绕的紧密程度,能使DNA解旋以确定那些基因需要被复制和表达。目前,HDAC抑制剂被用来开发治疗老年痴呆及其它神经退行性疾病的药物。他们的目标是找到一种特殊的HDAC抑制剂,打开能强化突触连接的基因。经过测试,他们识别出几种能加强突触连接的HDAC抑制剂,最好的一种能将连接强度提高300%。托马斯杰斐逊大学神经科学副教授马修达瓦对此表示,新技术克服现有突触生长方法的缺点,为人们研究突触的形成打开了新的大门。而在未来的研究中,这一系统也能用于检验大脑不同脑区的各种神经元之间的连接,比如自闭症患者脑中被损坏的连接。更多阅读《自然通讯》发表论文摘要

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在人类大脑中,连接神经元的突触在两个神经元之间建立特定的单向信息流,这些连接是实现神经元基本功能的关键要素,如学习和记忆等功能是基于通过突触的信息流重复次数改变电压阈值,进而重新配置神经元间的连接强度(突触的可塑性)实现的。人工突触是目前脑科学前沿研究的热点,此次研发的人工突触能够保留对其中传递的电流的记忆,从而实现与天然神经细胞突触相似的功能。

还记得老师和家长听到人们被称为慢学习者吗?对于那些花费更长时间来处理信息的人来说,这种常用的描述现在已经有了它存在的科学依据。

该研究成果对修复因事故造成的神经功能损伤,治疗神经退行性疾病、突触功能障碍,以及开发新一代“人脑—计算机”交互界面具有重要意义。

新加坡国立大学Yong Loo
Lin医学院的科学家们发现,一个人能够快速掌握,处理,理解,储存和使用信息,这取决于大脑神经元发射的速度和时间。一个神经元和下一个神经元的发射之间的间隙越接近,接收,存储和作用信息的速度就越大。

换句话说,当谈到快速思考时,时机会产生重大影响。

在发现这一发现时,Sajikumar Sreedharan博士和本科生Karen
Pang,博士生Mahima Sharma,博士后研究员Krishna Kumar博士 – 来自生理学系

  • 以及来自中国的合作者Thomas
    Behnisch博士提供了有关基本信息。精确的时间可以严重影响记忆过程的形成。该研究于2019年3月1日在着名的国际期刊美利坚合众国国家科学院院刊(PNAS)上发表。

适应和学习经验的能力是人类大脑最有趣的特征之一。这个迷人的器官由数十亿个神经元组成,这些神经元又连接到许多其他细胞。神经元之间的物理连接称为突触,是神经元相互通信的地方。突触非常可塑

这些连接可以动态增强或减弱以响应传入的信息。突触功效的这种变化是学习和大脑记忆形成的基础。

新加坡国立大学的研究小组发现,海马体(一个对记忆形成至关重要的大脑区域)的神经元使用了各种各样的学习机制。一种这样的学习形式,称为尖峰定时依赖性可塑性(STDP),取决于突触前神经元和突触后的每对电刺激(用于在神经元内传递信息的电活动)的时间。神经元(图1)。突触前神经元中的电刺激刺激神经元释放神经递质,神经递质穿过突触以激活突触后神经元,其中信息被转换回电刺突。当突触前和突触后神经元同时活动(相隔小于30毫秒)时,它们之间的连接得到加强。然而,

此外,研究人员证明,当突触前​​和突触后尖峰同时发生时,突触强度的增加持续数小时,突触甚至可以加强弱信息,使其得以存储。效果是特异性的,仅用于加强这种突触,而不是增强其他突触的变化。这项研究揭示了神经元活动的瞬间时间在塑造大脑信息处理中的重要性。

研究人员可以检测到峰值时间的长期影响,因为他们研究突触变化的持续时间(4小时)比之前研究中使用的持续时间长,通常不到1.5小时。

已经提出STDP模型来解释空间和时间序列学习。此外,STDP模型在各种必须快速完成物体识别和决策的情况下派上用场,例如抛射物避免或朋友识别。例如,当一个球飞向我们时,我们必须在非常小的时间窗口内识别物体及其行进轨迹,以便迅速采取行动以避免被击中。同样,当我们遇到另一个人时,我们必须迅速决定他们是朋友还是敌人。这种认识需要在STDP解释的活动时间窗口内进行大脑各个区域的协调行动。

不幸的是,由于海马在这种痴呆症的常见原因中特别受损,因此在阿尔茨海默氏病影响的大脑中,大脑能够根据信息流的精确时间进行改变的能力可能缺乏。本研究可为理解如何提供基础这种时间差异改变了大脑的功能,也改变了这些改变如何得到扭转或减轻。这可能使临床医生能够帮助患有记忆丧失的患者,国立大学医院神经病学高级顾问,记忆衰老主任Christopher
Chen博士说。认知中心,国立大学卫生系统。

全面了解影响神经连接的因素对于我们理解大脑中的信息处理至关重要。它还有助于大家了解记忆是如何形成的。此外,牢牢掌握这些神经计算规则可以帮助指导人工智能技术的构建,例如深度神经网络,其受到大脑学习机制的启发。

在自闭症谱系障碍的情况下,一些神经系统比其他神经系统更活跃。这可能是一些自闭症患者擅长某些任务,如艺术或数学,但难以社交的原因。使用人工智能,它可能有可能识别或多或少活跃的神经网络,并且可能使用STDP规则使其功能正常化,Sajikumar博士说。

基于对正常大脑如何计算信息和学习的这种改进的理解,研究人员可以确定可能涉及精神分裂症,抑郁症,睡眠丧失,中风,慢性疼痛,学习障碍和阿尔茨海默病等疾病的进一步研究机制。

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