解码神经元的语言

  • 日期:07-21
  • 点击:(679)


在乔治奥威尔的《一九八四》反乌托邦世界中,大洋洲政府旨在通过语言实现意识形态控制。内部角色Sam Syme是一位词典编纂者,他试图用大大简化的“新话语”取代英语。他说:“难道你不明白新词的目的是缩小思维范围吗?”虽然山姆的观点有限,但也有优点。语言:的词汇和结构可以影响说话者的思想和决定。这适用于英语,希腊语,印地语和新单词。它也可能适用于“神经代码”,即大脑中神经元的基本电子词汇。

鲨鱼鳍突破海浪,可能只听到一个尖叫的词:“鲨鱼!”。在第一种情况下,使用的语言应尽可能丰富;在后一种情况下,需要速度和可靠性。

在大脑中,这种平衡通常被认为是分工的结果。大脑的一些区域例如扣回涉及处理高级情绪和动机信息。其他区域,如杏仁核,可以通过参与逃跑逃避直接危险。换句话说,一个人在晚餐时帮助你,另一个在海滩帮助你。这些特殊功能归因于神经解剖学:区域中神经元的数量和神经元之间的各种连接环。在这两种情况下,我们都假设神经元使用相同的神经代码集。

神经元可以发出信号或保持沉默。随着时间的推移,激活和沉默结合起来产生神经代码,就像摩尔斯电码中的点和笔画一样。与摩尔斯电码一样,信息传输的丰富性和速度在理论上也是有限的。千字节摩尔斯电码可以交换更多信息,但其SOS信号的速度和可靠性将受到影响。神经编码在其设计中适应这种平衡,并考虑神经元和神经元之间,区域和区域之间的丰富度和速度之间的平衡。

但仔细观察人体扣带和杏仁核中的神经元,我们发现他们使用的神经代码是完全不同的。一个最大化丰富度,另一个优化速度鉴于这两个大脑区域的功能,这种平衡是预期的。此外,人类神经元使用比人类大脑区域更丰富的代码。事实上,不同的区域和不同的动物大脑使用不同的神经代码。

今年早些时候在《细胞》(Cell)上发表的研究结果可能是广泛且令人惊讶的。神经回路的功能通常是通过神经元的连接图来理解回声定位,进食或任何其他行为的基础。与电路图一样,许多组件被认为是可互换的。电阻是电阻,开关是开关。因此,由小鼠,猴子或人类神经元组成的电路图可以执行相同的计算。这些新发现挑战了这一观点,表明即使在同一个大脑的两个不同区域,他们的神经元行为也可能完全不同。就像大脑的某些区域说英语一样;其他人用新词。

考虑到本研究中大脑区域和不同物种的性质,结果需要充分展示和促进大量额外的实验。但至少,作者已经表明了以下几点。在人类和恒河猴中,扣带回的神经元比杏仁核中的神经元使用更多的神经学代码。不仅杏仁核的编码更简单,而且经常观察到多个杏仁核神经元同时使用相同的代码。就像在沙滩上看到鲨鱼一样,这被认为有助于快速有效地传播有关当前威胁的信息。最后,无论哪个区域,人类大脑中的神经密码都比猕猴更丰富。总之,这些发现表明在神经编码中存在折衷。这种权衡可能有助于在不同的大脑和不同的大脑区域发展认知或计算能力。

另一方面,这项研究也启发了其他工作。首先,尽管许多脑部疾病和病症具有显着的有机表现,但它们可以通过X射线或MRI检测,但有些则不能。因此,在没有其他损伤的情况下,只有神经代码的变化可能是精神疾病的一个重要但未被发现的驱动因素。

未来研究还有一个有趣的方向,使用基于神经代码的比较方法,例如作者提出的那些,可以减少人类对其他动物认知能力的偏见,这有助于动物保护工作。为什么我们需要这样的方法?因为我们无法理解与人类不同的其他智能。但这并不意味着它们不存在。用奥威尔的话来说,其中一些甚至可能是双倍加好的双倍。

本文由科学美国人翻译,由翻译Mork根据知识共享协议(BY-NC)出版。

在乔治奥威尔的《一九八四》反乌托邦世界中,大洋洲政府旨在通过语言实现意识形态控制。内部角色Sam Syme是一位词典编纂者,他试图用大大简化的“新话语”取代英语。他说:“难道你不明白新词的目的是缩小思维范围吗?”虽然山姆的观点有限,但也有优点。语言:的词汇和结构可以影响说话者的思想和决定。这适用于英语,希腊语,印地语和新单词。它也可能适用于“神经代码”,即大脑中神经元的基本电子词汇。

鲨鱼鳍突破海浪,可能只听到一个尖叫的词:“鲨鱼!”。在第一种情况下,使用的语言应尽可能丰富;在后一种情况下,需要速度和可靠性。

在大脑中,这种平衡通常被认为是分工的结果。大脑的一些区域例如扣回涉及处理高级情绪和动机信息。其他区域,如杏仁核,可以通过参与逃跑逃避直接危险。换句话说,一个人在晚餐时帮助你,另一个在海滩帮助你。这些特殊功能归因于神经解剖学:区域中神经元的数量和神经元之间的各种连接环。在这两种情况下,我们都假设神经元使用相同的神经代码集。

神经元可以发出信号或保持沉默。随着时间的推移,激活和沉默结合起来产生神经代码,就像摩尔斯电码中的点和笔画一样。与摩尔斯电码一样,信息传输的丰富性和速度在理论上也是有限的。千字节摩尔斯电码可以交换更多信息,但其SOS信号的速度和可靠性将受到影响。神经编码在其设计中适应这种平衡,并考虑神经元和神经元之间,区域和区域之间的丰富度和速度之间的平衡。

但仔细观察人体扣带和杏仁核中的神经元,我们发现他们使用的神经代码是完全不同的。一个最大化丰富度,另一个优化速度鉴于这两个大脑区域的功能,这种平衡是预期的。此外,人类神经元使用比人类大脑区域更丰富的代码。事实上,不同的区域和不同的动物大脑使用不同的神经代码。

今年早些时候在《细胞》(Cell)上发表的研究结果可能是广泛且令人惊讶的。神经回路的功能通常是通过神经元的连接图来理解回声定位,进食或任何其他行为的基础。与电路图一样,许多组件被认为是可互换的。电阻是电阻,开关是开关。因此,由小鼠,猴子或人类神经元组成的电路图可以执行相同的计算。这些新发现挑战了这一观点,表明即使在同一个大脑的两个不同区域,他们的神经元行为也可能完全不同。就像大脑的某些区域说英语一样;其他人用新词。

考虑到本研究中大脑区域和不同物种的性质,结果需要充分展示和促进大量额外的实验。但至少,作者已经表明了以下几点。在人类和恒河猴中,扣带回的神经元比杏仁核中的神经元使用更多的神经学代码。不仅杏仁核的编码更简单,而且经常观察到多个杏仁核神经元同时使用相同的代码。就像在沙滩上看到鲨鱼一样,这被认为有助于快速有效地传播有关当前威胁的信息。最后,无论哪个区域,人类大脑中的神经密码都比猕猴更丰富。总之,这些发现表明在神经编码中存在折衷。这种权衡可能有助于在不同的大脑和不同的大脑区域发展认知或计算能力。

另一方面,这项研究也启发了其他工作。首先,尽管许多脑部疾病和病症具有显着的有机表现,但它们可以通过X射线或MRI检测,但有些则不能。因此,在没有其他损伤的情况下,只有神经代码的变化可能是精神疾病的一个重要但未被发现的驱动因素。

未来研究还有一个有趣的方向,使用基于神经代码的比较方法,例如作者提出的那些,可以减少人类对其他动物认知能力的偏见,这有助于动物保护工作。为什么我们需要这样的方法?因为我们无法理解与人类不同的其他智能。但这并不意味着它们不存在。用奥威尔的话来说,其中一些甚至可能是双倍加好的双倍。

本文由科学美国人翻译,由翻译Mork根据知识共享协议(BY-NC)出版。