电鱼的新研究揭示了区分自我与其他的大脑机制

根据哥伦比亚大学科学家领导的首项电动鱼类研究，大脑对外界感知的卓越能力几乎完全取决于其调节身体自身行为产生的噪音的能力。

研究发现，这种消除噪音的机制非常重要，没有它，动物就会失去感知环境的能力 - 有效地使它们对周围的世界视而不见。这些发现可能有助于研究人员更好地了解诸如耳鸣之类的疾病，这种疾病可能部分是由于大脑抵消自我产生的声音的能力中断而引起的慢性和可能使人衰弱的耳鸣。

这项研究今天发表于Neuron。

“最根本的是，大脑的目的是为我们周围的世界创造一个准确而稳定的代表，我们长期以来假设这种消除噪音的机制在其中发挥了作用，”Nathaniel Sawtell博士说。 ，哥伦比亚大学Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute的首席研究员和该论文的资深作者。“通过今天的研究，我们提供了直接的证据，证明这种机制对于改善和提高大脑感知周围环境的能力至关重要。”

大脑如何正确地感知和反应来自外部世界的大量感官刺激 - 而不是用身体自身行为所产生的那些模糊它们 - 长期以来一直是深入研究的主题。Sawtell博士之前在电动鱼和老鼠身上所做的工作揭示了大脑如何抵消由动物自身身体产生的可预测的感觉信息，这些信息不会传达有用的信息。

博士说：“大脑不断接收感官信息以及与动物自身行为相关的内部信号。这些内部信号充当一种ID标签，将大脑固定在哪些组件是自生成的，哪些不是，”博士说。 Sawtell，同时也是哥伦比亚大学欧文医学中心(CUIMC)神经科学副教授。“随着时间的推移，这些内部信号在大脑中形成了所谓的'负面图像'。这作为一种减法机制，使动物能够专注于行为重要，来自外界的信号。”

通过今天的研究，研究人员更详细地研究了如何创造这种负面图像会影响动物的整体感官体验。为此，他们专注于象鼻鱼，这是一种来自非洲的鱼，它们既可以发电，也可以感知它的环境。

“这些鱼通过发电与世界相互作用，然后用这些电来定位猎物或与其他鱼类交流，”Sawtell博士说。“在实验室中，我们可以研究这一特征，作为其他动物(包括人类)如何感知周围环境的模型。”

在这项研究中，研究人员记录了产生负像的特定神经元类别的电活动。通过这样做，该团队发现这些神经元只能在负像形成后响应外部信号。

在第二组实验中，他们干扰了动物的噪音消除机制，并监测了动物感官能力的差异。这些变化引人注目。

“鱼不再能够区分环境产生的电信号和自己行动产生的信号，”Sawtell博士说。“这意味着他们基本上对最基本的环境视而不见。”

专家长期以来一直怀疑大脑产生的负面图像是出于这样的目的，但直接测试这个想法已经证明具有挑战性。电鱼是一种理想的系统，用于在神经回路的特性与其行为功能之间建立详细的联系。

“这种神经回路很不寻常，因为人们对它的生理和功能知之甚多，但它在行为中的直接作用以前从未被证实过，”该论文的共同作者Larry Abbott博士说，他也是哥伦比亚大学的首席研究员。 Zuckerman研究所和理论神经科学的William Bloor教授和CUIMC的生理学和细胞生物物理学(生物科学)教授。“这篇论文描述了一系列优雅的实验，表明在这种特殊的神经回路中进行的计算对于鱼类在周围环境中的导航能力至关重要。”

科学家将继续努力建立一个我们自己的大脑如何实现同样壮举的模型。他们的工作还可以深入了解系统中断时会发生什么。

“其中一个例子就是耳鸣，这会导致耳鸣，并且可能从背侧耳蜗核开始 - 我们在小鼠身上研究的大脑区域，与大脑区域中与人类等同物有惊人的相似性，”萨特尔博士说。“我们在电鱼中学到的东西可能与了解人类大脑如何将自我与其他人区分开来有关。”