無需對大腦進行任何檢測,AI結合“連接組”可預測神經元活動

2024-09-19 01:35:00 來源: 科技日報 點擊數:

科技日報記者 張夢然

據最新一期《自然》雜志報道,借助由腦組織創(chuàng)建的神經元及其連接圖——“連接組”,再結合人工智能(AI),美國與德國科學家達成了此前從未實現的突破:無需對活體大腦進行任何檢測,便能預測單個神經元的活動。

數十年來,神經學家在實驗室耗費大量時間,精心檢測活體動物的神經元活動。這些實驗雖為理解大腦工作原理帶來突破性見解,但僅觸及表面,大腦大部分區(qū)域仍未被探索。

此次,美國霍華德休斯醫(yī)學研究所珍莉亞研究園區(qū)和德國圖賓根大學研究團隊運用AI和連接組,來預測活體大腦中神經元的活動。他們僅憑借從果蠅視覺系統連接組中收集的神經回路連接信息,以及對該回路功能的猜測,便創(chuàng)建出果蠅視覺系統的AI模擬,預測出回路中每個神經元的活動。

研究團隊利用連接組,構建了果蠅視覺系統的力學網絡模擬。在該模型中,每個神經元和突觸都與大腦中的真實神經元和突觸相對應。盡管他們不清楚每個神經元和突觸的動態(tài)變化,但連接組的數據使團隊能運用深度學習方法推斷這些未知參數。他們隨后將這些信息與有關運動檢測的知識相結合。

新模型可預測果蠅視覺系統中64種神經元在響應視覺輸入時產生的神經活動,并且準確重現了過去20年進行的20多項實驗研究。

這項研究改變了神經科學家檢驗大腦工作原理的方式。原則上,科學家現在可使用該模型模擬任何相關實驗,并生成可在實驗室進行測試的詳細預測。

團隊表示,連接組的靜態(tài)快照與活體大腦中實際的動態(tài)計算之間,一直存在巨大差距,而新模型彌合了這一差距。

責任編輯:常麗君

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