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神经科学家查明有助于区分面孔的神经元

麻省理工学院的神经科学家使用光遗传学方法,提供了第一个证据,即直接将fd神经元与灵长类动物的面部识别联系起来,从而区分了男性和女性

灵长类动物,包括人类,如何区分面孔?长期以来,科学家一直将此功能归因于所谓的面部检测器(fd)神经元,该神经元被认为负责区分面部以及其他物体

但是没有直接的证据支持这一说法

研究人员与经过训练可正确识别男性或女性面部图像的猕猴一起工作,使用光敏蛋白抑制下颞叶(it)皮质(视觉信息处理区域)中fd神经元的子区域

在抑制神经元过程中,研究人员观察到动物正确识别性别的能力受到了微小但显着的损害

麻省理工学院麦戈文脑科学研究所研究员,研究负责人阿拉什·阿弗拉兹(arash afraz)说,如果这些面部检测器神经元参与区分面部表情的行为以区分面部性别,那么如果我们将它们击倒,该行为就会受到打击

在《美国国家科学院院刊》上描述该研究的论文的作者

阿夫拉兹说,这项实验标志着在理解特定神经元与灵长类动物行为之间的联系方面迈出了一步

他说,实际上,您实际上必须干扰该神经元的激活,看看是否可以影响行为

如果发生这种情况,则意味着这些神经元是该特定行为的因果链的一部分

afraz补充说,通过仔细观察灵长类动物物体识别,该研究还可以帮助开发可能需要直接与it皮质连接的视觉假体

更广泛地讲,了解光遗传学神经沉默所需的光照水平也有助于开发针对颞叶癫痫患者的植入疗法

afraz说,我们可以将植入植入皮质的设备在癫痫发作开始时自动打开,并用光使皮质静音

该研究的共同作者是神经科学教授,麻省理工学院脑与认知科学系主任james dicarlo,以及生物工程与脑与认知科学副教授ed boyden,他们共同开发了用于该研究的光遗传学工具

击倒神经元

在1980年代,科学家首次提出了fd神经元的假说,这项研究记录了响应面部表情的神经活动的峰值

但是,与人脸检测相反,这些神经元的激活与面部识别之间从来没有明确的机械联系

对于pnas论文,麻省理工学官网登录院的研究人员训练了两只猴子,以大约90%的准确度识别性别面孔的图像

为此,他们在屏幕中间固定点的左侧或右侧稍稍显示了具有变化特征的男性和女性面部图像

然后,他们在屏幕的顶部和底部显示了两个点

如果脸是雌性的,猴子看着顶部的点,如果是雄性,则猴子看着底部点的

然后,研究人员测量了猴子it皮层的神经活动,发现了fd神经元最集中和最不集中的多个子区域

接下来,他们向高fd区域和低fd区域注入了由boydens小组设计的病毒递送蛋白,即archt,该蛋白在有光的情况下抑制神经活动

一个月后,这些猴子在40个不同的阶段中观看了1600张男女面部的灰度图像,而研究人员向archt治疗的区域随机发出了绿光脉冲

研究人员发现,只压制1毫米高fd区域而不是低fd区域会损害动物正确识别性别面孔的能力,平均降低约2%

afraz说,将微小的神经元簇与识别性别的感知能力联系起来,表明这些神经元负责处理性别面孔

afraz解释说,只要信号在大脑中被更明确地编码,该部分似乎就可以直接对行为做出更大的贡献

如果我们知道面孔的性别信息被更明确地编码在一小层皮质中,那么将这部分皮质击倒会给行为造成更大的损失

发现的新途径

尽管他的实验室研究视觉处理已有20年,但dicarlo指出,与开发尖端工具的boyden的合作为这一重大进展和全新的发现途径打开了大门

博伊登说,特别是,作为光遗传学诱导灵长类动物行为变化的最早文献记载之一,这项研究还证明了使用光遗传学研究灵长类动物视觉和行为的潜力

例如,与传统的神经抑制方法相反,光遗传学工具可以在短暂的时间内将微小的神经元簇归零,从而可以更好地确定特定的神经元是行为的驱动力

官网登录 博伊登说,他们正在了解大脑的实际电路以及辨别脸部之间的确切神经元

这些工具提供了比任何其他神经微扰方法更高的时空分辨率

斯坦福大学神经生物学教授罗伯特·纽瑟姆(robert newsome)表示,这项研究通过一系列极具挑战性的实验来解决系统神经科学中一个令人着迷的问题,这些实验同时利用了光遗传学和药物抑制技术

他补充说,这是有力的证明,面部检测神经元介导了辨别面部表情的感知能力,这是一个非常酷的结果

这项研究是由美国国立卫生研究院资助的

出版物:arash afraz等人,《面部神经元空间簇的光遗传学和药理学抑制作用揭示了它们在面部性别歧视中的因果作用》,pnas,2015;doi:10.1073 / pnas.142332811

新宝6娱乐app下载综合报道

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