研究發現人類大腦中的「超級計算」網絡

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【大紀元2022年05月02日訊】(大紀元記者李少維編譯報導)人們驚嘆於美國宇航局(NASA)同時完成大量運算從而得出火箭運行軌道的能力。然而一份新研究發現,每一個人大腦裡面都有一個「超級計算」網絡,其計算能力比NASA的更強。

為什麼這麼說呢?研究者舉例說,當你拿著一杯咖啡跑著去趕公交車的時候,在這個看似尋常的過程中,大腦所需要完成的計算已經超過了NASA:腦細胞需要完成幾十億個複雜的數學計算,綜合分析你的速度、所在的位置和要去的方向等各方面信息。在過去很多年來,大腦怎樣擁有這樣的能力一直都是一個謎。

這份4月7日刊登在《自然‧通訊》(Nature Communications)期刊上的研究稱,他們對連續吸引子網絡(continuous attractor network,縮寫為CAN)進行了五年的摸索後,終於有了一些突破性的發現。

主要研究者之一挪威奧斯陸大學(University of Oslo)的夏洛特‧博卡拉(Charlotte Boccara)說:「是我們最先證實人腦內的確存在CAN理論提出的這種『書呆子細胞』(nerd cells)或『超級計算器』。我們發現神經細胞同時對速度、位置和方向進行計算。」

研究人員錄制了小鼠在一系列活動過程中腦內1,400個神經細胞的信號。這些細胞分散位於大腦內不同的幾個區域。

博卡拉說:「我們在小鼠的大腦內植入一些帶有輕薄電極的探測器,用於讀取它們腦部的活動。之後讓小鼠在迷宮內自由活動,尋找食物。我們用相機追蹤它們的活動,把它們的行為與錄下來的大腦活動信號聯繫起來進行分析。」

很多年前就有科學家提出CAN網絡的理論。這個理論提出,當人們在日常生活中移動的時候,大腦內有一個了解自身方位的地圖,不停地自動在更新信息。CAN理論認為,大腦內有一層隱藏的神經細胞網絡執行這些複雜的數學運算,整合這些速度、位置和方向信息,就像NASA科學家計算火箭軌道的系統一樣。

研究人員說:「以前人們只是在理論上提出存在這個隱藏的網絡層,缺乏證據。現在我們找到確鑿的證據顯示的確存在這個『書呆子中心』。」

研究人員還發現,與認知力衰退相關的疾病如阿茲海默症(Alzheimer’s)出現的時候,大腦內這層隱藏網絡是最先被破壞的部分。

博卡拉說:「這些細胞告知大腦我們所在的方位和我們朝哪個方位移動,一旦這些細胞失去能力,人就犯糊塗了。」

研究者表示圍繞這個議題還有很多問題沒有答案。為什麼這些細胞分散在大腦的不同區域?它們能同時進行多個任務嗎?

另外,近年的研究也發現睡眠質量差明顯會影響到人腦的計算能力。博卡拉說他們下一步要探究這其中的機制。「我想了解的是,當人們睡眠不足的時候大腦思考的速度放慢,是否與這些細胞出現異常有關係。」◇

責任編輯:葉紫微#

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