發(fā)現(xiàn)大腦容錯機制

在一項新的研究中，來自美國霍華德-休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究人員在小鼠大腦中發(fā)現(xiàn)一種容錯機制。在針對小鼠的實驗中，他們的發(fā)現(xiàn)及其影響有助于進一步理解大腦是如何工作的。相關(guān)研究結(jié)果于2016年4月14日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“Robust neuronal dynamics in premotor cortex during motor planning”。
 
針對這項研究，來自美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Byron Yu在同期Nature期刊上發(fā)表一篇標題為“Neuroscience: Fault tolerance in the brain”的新聞評論文章，解釋了這項研究是如何開展的。
 
為了有助確保計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)完整性，工程師們開發(fā)了許多不同的容錯策略，如發(fā)現(xiàn)錯誤時讓數(shù)據(jù)包重新發(fā)送的糾錯程序，冗余硬盤驅(qū)動器或處理器鏡像系統(tǒng)---所有的這些策略旨在確保數(shù)據(jù)按照預(yù)期的方式保持或使用。如今，這似乎同樣也適用于小鼠大腦。在這項新的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)在小鼠兩個腦半球之間存在一種鏡像機制，在這種機制中，如果信息丟失了，那么數(shù)據(jù)就會從一個腦半球交換到另一個腦半球中。
 
想象一下你學(xué)著如何反彈籃球，但是突然被一名籃球選手擊中頭部---你可能在一兩秒鐘內(nèi)忘記如何反彈籃球，但是隨后你返回正常，你繼續(xù)打球。這正是研究人員所研究的東西---他們教導(dǎo)小鼠如何以某種方式移動它們的舌頭來獲得食物招待，然后讓僅僅一個腦半球中的負責保持這種能力的大腦區(qū)域突然喪失這種能力。這只小鼠僅僅片刻間忘記這種能力，但是僅僅幾秒后，它再次記起來了。研究人員發(fā)現(xiàn)，這之所以會發(fā)生，是因為這種舔舌頭技能的記憶數(shù)據(jù)儲存在兩個腦半球中---當記憶數(shù)據(jù)在一個腦半球中丟失時，它自動從另一個腦半球中恢復(fù)。
 
研究人員通過構(gòu)建出基因工程小鼠---它的運動前區(qū)皮層（premotor cortex，參與執(zhí)行這種舔舌頭技能的大腦區(qū)域）區(qū)域中的腦細胞對藍光作出反應(yīng)---開展研究，發(fā)現(xiàn)小鼠大腦中的這種容錯系統(tǒng)。這允許研究人員能夠隨意地激活和關(guān)閉一個腦半球中的這個區(qū)域。關(guān)閉一個腦半球中的這個區(qū)域會阻止神經(jīng)活動，從而讓這種舔舌頭技能喪失掉，然后，當研究人員允許這些大腦區(qū)域再次發(fā)揮功能時，他們觀察到數(shù)據(jù)從另一個腦半球中交換過來。為了測試這一理論，研究人員讓小鼠的這兩個腦半球失去，從而阻止數(shù)據(jù)交換，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這會阻止這種容錯機制發(fā)生。類似地，同時擦除這兩個腦半球中的數(shù)據(jù)也會*地阻止這種舔舌頭技能的能力恢復(fù)，這是因為不再有備份數(shù)據(jù)可供訪問。