哥倫比亞大學(xué)開(kāi)發(fā)視聽(tīng)工具包，幫助研究者探索神經(jīng)元數(shù)據(jù)

哥倫比亞大學(xué)戴維·蒂博多小組近日公布了一項(xiàng)新技術(shù)，可以將復(fù)雜的神經(jīng)元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為視聽(tīng)格式，進(jìn)而形成伴有音樂(lè)的“影視作品”，以便于深度探索和揭示大腦在某些行為過(guò)程中的具體狀態(tài)。這一突破性成果發(fā)表在21日的《公共科學(xué)圖書(shū)館：綜合》雜志。

技術(shù)革新使實(shí)時(shí)跟蹤清醒狀態(tài)下大腦各個(gè)部位活動(dòng)成為可能。比如通過(guò)觀察老鼠在進(jìn)行某一指定行為或受到特定刺激時(shí)，科學(xué)家們可以了解他們的大腦活動(dòng)情況。但是這類(lèi)研究所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)使得找到隱藏在背后的大腦運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律變得困難。

早前有研究顯示，一些大腦成像結(jié)果可以轉(zhuǎn)化為聽(tīng)覺(jué)表示。在此啟發(fā)下，蒂博多團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一套多功能軟件，可以根據(jù)多種腦成像和實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物行為錄像生成視聽(tīng)資料。

研究人員隨后在三組不同實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行測(cè)試，展示了如何將多種腦成像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為視聽(tīng)形式。

此工具包利用了早先收集的2D寬視場(chǎng)光學(xué)映射數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)呈現(xiàn)老鼠在進(jìn)行各類(lèi)行為如奔跑或理毛等時(shí)的神經(jīng)活動(dòng)和腦血流狀況。

神經(jīng)元活動(dòng)則以鋼琴旋律表示，不同音調(diào)表示不同腦區(qū)的活動(dòng)程度；血液流動(dòng)信息則用小提琴音表演示。這種視聽(tīng)結(jié)合的方式生動(dòng)展現(xiàn)了神經(jīng)元活動(dòng)和血流之間的關(guān)聯(lián)性。研究人員將老鼠行為錄像與之匹配后，可快速識(shí)別出哪種大腦活動(dòng)模式對(duì)應(yīng)何種行為。

研究團(tuán)隊(duì)表示，雖然這套工具無(wú)法取代神經(jīng)影像數(shù)據(jù)的精確量化分析，但它可以幫助科研人員從海量數(shù)據(jù)集中發(fā)掘可能被忽略，卻具有重要價(jià)值的模式。

作為由緊密連接的神經(jīng)元組成的巨大網(wǎng)絡(luò)，①我們的感知、思考、行動(dòng)皆基于神經(jīng)元活動(dòng)；②然而，神經(jīng)元的電化學(xué)信號(hào)（他們之間的通訊和協(xié)調(diào)方式）極其復(fù)雜，也是當(dāng)今腦科學(xué)研究的重點(diǎn)所在?，F(xiàn)在，這項(xiàng)將原本復(fù)雜的腦部活動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為充滿韻律感的鋼琴協(xié)奏曲和小提琴交響曲形式的創(chuàng)新，既增添了科學(xué)與藝術(shù)相互交融的美感，也使得科學(xué)家們能夠更為直觀地理解和處理神經(jīng)元信息。