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解码人类对震动频率的感知
来源:澳门威利斯人官方网站 时间: 2017-05-12???? 作者:

每天,我们都从外界接收大量的信息输入,包括视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉等等。那么,我们是如何感知这些信息的?大脑又是用什么样的方式来编码不同的信息呢?

人类的大脑中有约1000亿个神经元,大部分神经元在受到刺激后都会产生电活动。这些电活动可不是普通的放电,而是一系列尖峰电位(spike),spike的时间、频率等决定了这个神经元接收到的信息能否传递给下一个神经元,这些spike就是大脑对信息的编码了。

今天我们来聊聊人类对震动频率的感知。举个例子,如果把手机调成震动模式,手机收到信息后就会震动。如果你此时正拿着手机,那么震动就会激活手上的机械感受器,如果手机放在旁边,你听到了手机的震动,那么这个震动就激活了耳朵里的机械感受器(因为声音是以机械波的方式传递到你耳朵中的)。机械感受器的激活是告诉你,嘿,哥们,你受到震动刺激了。

那你是如何区分不同的震动频率呢?你的spike用什么样的方式去编码频率信息呢?带着对这些问题的好奇,来自澳大利亚的研究者Birznieks和Vickery对以上问题进行了研究,还真发现了一些新奇的编码方式,研究结果于5月4日在线发表在Current Biology上,文章题目是Spike Timing Matters in Novel Neuronal Code Involved in Vibrotactile Frequency Perception。

传统的观点认为,spike的比率和幅度会编码刺激强度。而Birznieks和Vickery是不信邪的两个人,他们给被试不同频率的震动刺激,震动频率由低到高,并测量被试手腕正中神经的电活动。

 

图 1 震动频率由低到高(A), 手腕正中神经的spike(B)

 

有意思的是,震动频率和spike的比率及burst(所谓burst,就是神经元在短时间内多次放电,然后进入静止期)比率都没有关系。也就是说,spike的比率和幅度都没有编码震动频率。那什么编码了震动频率呢?两个人找呀找,发现burst间隙与震动频率呈正相关,也就是震动频率越高,burst间隙越小。

 

图 2 刺激震动频率与spike比率、burst比率没有相关性,而与burst间隙的倒数呈正相关

 

那么,spike之间的间隔多少能被成为burst呢?毕竟,如果两个spike隔得太远,就不能称之为burst了。两位研究者由做了一组实验,这次他们固定了震动刺激频率,同时固定了burst间隙,看看spike间隔在什么范围以内可以编码震动频率。研究结果表明,只有在spike间隔小于15ms的burst间隙才可以编码震动频率。

 

图 3 spike间隔小于15ms的burst间隙可以编码震动刺激频率

 

这个研究告诉我们,大脑中神经元的放电对信息的编码方式是多种多样的,放电频率、放电幅度虽然是比较常见的编码方式,但这种编码方式并不总是奏效,在进化的漫漫长河中,总有一些你意想不到的编码,比如:burst间隙!

 

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