Heute ist das internet eine sensorische free-for-all: Pop-up-anzeigen, brach in den Artikeln alle paar Absätze, stehlen Sie den Bildschirm mit lollipop-Farben und Musik, Geschrei Produkt Informationen aus unsichtbaren Ecken. Der menschliche Körper ist nicht so anders. Jeder Fingernagel, Ellenbogen, Nase und Augenbraue ist ständig darum wetteifern, das Gehirn Aufmerksamkeit.
„Jetzt, dein kleiner Zeh ist das senden von Signalen bis zu Ihrem Gehirn, wie Sie jeden Quadratzentimeter Ihres Körpers“, sagte Adam Cohen, professor der Chemie und chemischen Biologie und der Physik, „aber den meisten ist es nicht interessant. Ihr Gehirn hat zu ignorieren, dass alle Sachen und zahlen nur die Aufmerksamkeit auf die wenigen Dinge, die tatsächlich relevant sind.“
Jetzt in einem Papier, veröffentlicht in der Zelle, Cohen und Kollegen berichten über neue Erkenntnisse könnten Forschern helfen zu verstehen, wie das Gehirn ignoriert oder wirkt auf andere Informationen, Kenntnisse, die entscheidenden Daten, wie neuronale schaltkreise funktionieren und, eines Tages, den Forschern helfen zu verstehen und zu behandeln neurologische Erkrankungen.
Cohen hat nicht zu untersuchen, Aufmerksamkeit. Vor kurzem sein Labor erfunden, die Technologie, die elektrische Impulse fließen durch Neuronen in einem lebenden Tier Gehirn beobachten zum ersten mal. „Der nächste Schritt ist, um tatsächlich etwas tun,“ sagte er, „um tatsächlich etwas darüber lernen, wie das Gehirn funktioniert.“
Erste, ein Ph. D.-student in seinem Labor, Linlin Fan, trainiert Ihre tech auf der oberen Schicht des Gehirns. Da die optischen Hilfsmittel verwendet Licht zu erfassen, wenn die Neuronen feuern, es konnte nur eine Studie dieses Schicht für heute. „Es ist wie der Blick auf Ihre hand,“ sagte Cohen. „Können Sie sehen nur die Oberfläche, da das Licht nur einen kurzen Weg in das Gewebe.“ Dennoch sind einige Wissenschaftler nennen eine Schicht eine „Krönung Geheimnis.“ Es ist notorisch schwierig zu studieren.
Traditionell, Wissenschaftler stick ultradünne Glas-Sonden in Gehirngewebe nach dem Zufallsprinzip, in der Hoffnung auf „Harpune“ Neuronen, so dass Sie aufzeichnen können einzelne Signale. In Schicht eins, Zellen sind zu spärlich für diese Technik effizient zu sein; es ist wie Angeln in einem Ozean, die hat nur eine Handvoll von Fisch. Da Cohen ‚ s-Technologie glänzt Licht auf jedem neuron—like mit sonar, um zu sehen, jeden Fisch—er kann lokalisieren und analysieren mehrere gleichzeitig.
Als Ihre optogenetische Werkzeug erfasst neuronale Signale im live-Mäusen, Cohen und sein team Hinzugefügt Reize auf der Basis der zwei Arten von Aufmerksamkeit. Erste, Sie schnippte eine Maus whisker, der provoziert ein „bottom-up“ signal, dass Berichte, die neue sensorische Informationen. Dann, Sie blies ein Luftstoß auf die Maus, um das Gesicht, aktivieren Sie eine „top-down“ – signal, in dem das vorhandene wissen prägt die Wahrnehmung von stimuli. „Es ist wie bei einem wake-up call“,“ Cohen erklärte.
In der whisker-Film-experiment, das Impulse verursacht das erwartete Ergebnis: ein neuron einen spike. Aber wenn das team künstlich aufgeregt, das gleiche neuron mit Hilfe eines Lasers, und dann noch ein whisker-Streifen, der das neuron ging ruhig. Warum? Das team entdeckt, dass Neuronen in Schicht eins, pflegen eine sorgfältige balance zwischen Erregung und Hemmung. Wenn zu viele Neuronen feuern gleichzeitig, Sie unterdrücken andere aus Feuer. „Die Schaltung wirkt wie eine Neuheit-Detektor,“ sagte Cohen. Plötzliche Eingänge Funken können die meisten Neuronen feuern, aber mit langer Lebensdauer Eingänge, die meisten der Neuronen, die sich gegenseitig hemmen und bewirken, dass die Schaltung zu schalten nahezu vollständig aus.
Die air-puff—ein wake-up call “ für die Maus—Hinzugefügt weitere Beweise für diese Theorie. In Reaktion auf die Windbeutel, die wenigen Neuronen, feuerte die Schnellste endete die Unterdrückung Ihrer Nachbarn. Wenn der Reiz stark genug, die Nervenzellen spike, konkurrieren um die Vorherrschaft, bevor die Sieger zwingen die anderen zu beruhigen.
Basierend auf Ihren Daten, das team entwarf ein mathematisches Modell der Schaltung, die vorschlugen, eine faszinierende Verbindung ein Jahrhundert alte Theorie über die Aufmerksamkeit. Das so genannte Yerkes-Dodson Gesetz vor, dass ein bisschen stress kann helfen, Steigerung der Leistung, sondern es sinkt, wenn der Druck zu stark ansteigt. „Jeder, der schon einmal ein test weiß das,“ sagte Cohen. Sein Modell zeigten, dass eine Schicht Neuronen verhielt sich in ähnlicher Weise: Ein wenig top-down-Aktivierung weckt Sie, damit Sie mehr empfänglich für sensorische inputs, aber auch sehr viel durch eine Aktivierung wird der Stromkreis freeze und ignorieren der eingehenden Informationen.
Cohen und sein team wird auch weiterhin zu erkunden, wie die Ebene einer Schaltung arbeitet, um zu regulieren Aufmerksamkeit, in der Hoffnung mehr Daten liefern kritische Informationen, wie neuronale schaltkreise funktionieren.