圖片表示具有樹干狀樹狀突起的神經(jīng)元。每個(gè)接觸樹狀突起的三角形代表一個(gè)突觸,，其中來自其他神經(jīng)元的信號叫脈沖,。樹狀突起上的突觸離細(xì)胞體越遠(yuǎn)，脈沖頻率要求越高,。
大腦通過其突觸——神經(jīng)元之間的聯(lián)系——對刺激作出反應(yīng)時(shí)強(qiáng)度的改變來進(jìn)行學(xué)習(xí)?，F(xiàn)在，在一項(xiàng)挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的有關(guān)大腦學(xué)習(xí)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)中,，加州大學(xué)洛杉磯分校的神經(jīng)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)在改變突觸強(qiáng)度時(shí)存在最佳的大腦“節(jié)奏”,，或者說頻率。此外,，就像收音機(jī)的撥盤上的位置一樣,，每個(gè)突觸也調(diào)整在不同的最佳頻率以進(jìn)行學(xué)習(xí)。
這些發(fā)現(xiàn)為大腦學(xué)習(xí)背后的機(jī)制提供了大一統(tǒng)理論,，可能會引發(fā)治療學(xué)習(xí)障礙的新療法,。
該研究發(fā)表在最新一期的《Frontiers in Computational Neuroscience》上。
“很多人存在學(xué)習(xí)和記憶方面的障礙,，除了這些人,，我們當(dāng)中的絕大多數(shù)人也不是愛因斯坦或莫扎特，”文章的主要作者,、加州大學(xué)洛杉磯分校神經(jīng)病學(xué),、神經(jīng)生物學(xué)、物理學(xué)及天文學(xué)學(xué)院的副教授Mayank R. Mehta說,。“我們的工作表明,，在學(xué)習(xí)和記憶方面的某些問題是由于節(jié)奏沒有調(diào)整到正確頻率造成的。”
突觸強(qiáng)度對刺激做出反應(yīng)發(fā)生的改變——稱為突觸可塑性——是通過叫做“脈沖序列”的一系列隨同變化的頻率和時(shí)間發(fā)生的神經(jīng)信號而誘導(dǎo)的,。既往的實(shí)驗(yàn)證實(shí),，以很高的頻率（如每秒100次脈沖）刺激神經(jīng)元增強(qiáng)了突觸之間的聯(lián)系，而低頻率（如每秒1次）刺激減弱了突觸間的聯(lián)系,。
這些早期實(shí)驗(yàn)利用上百次的連續(xù)高頻率范圍脈沖來誘導(dǎo)可塑性,。然而，當(dāng)大腦在真實(shí)的行為任務(wù)中激活時(shí),，神經(jīng)元只發(fā)出大約10次連續(xù)的脈沖,，而非幾百次。并且在低得多的頻率,，尤其是在每秒50次脈沖范圍內(nèi)也是如此,。
換句話說,，Mehta說：“脈沖頻率反應(yīng)出脈沖產(chǎn)生的速度,。10次脈沖可以以每秒100次脈沖的頻率傳遞,，以可以以每秒1次的頻率傳遞。”
至今,，研究人員尚無法進(jìn)行能刺激更為自然的發(fā)生水平的實(shí)驗(yàn),。不過Mehta和論文的共同作者、他實(shí)驗(yàn)室的前博士后成員Arvind Kumar首次可以通過使用一種精確的數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)這些測定,。該模型是他們使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)開發(fā)并驗(yàn)證過的,。
與以往的猜想相反，Mehta和Kumar發(fā)現(xiàn),，當(dāng)以自然發(fā)生的脈沖模式刺激突觸時(shí),，以最高的頻率刺激神經(jīng)元并不是提高突觸強(qiáng)度最好的方法。
例如,，當(dāng)以每秒30次脈沖的頻率對突觸施以10次脈沖刺激時(shí),，其誘導(dǎo)的在強(qiáng)度上的增加要比以每秒100次脈沖的頻率對突觸施以10次脈沖刺激時(shí)高的多。
“基于以往的研究而進(jìn)行的猜想是,，以較高的頻率驅(qū)動突觸,，對突觸增強(qiáng)或?qū)W習(xí)的影響與自然發(fā)生的低頻率相比，即使不超過也至少是同樣的好,。”
突觸偏好使學(xué)習(xí)最大化的頻率,，這種認(rèn)識引導(dǎo)了研究人員基于突觸在神經(jīng)元神上的位置進(jìn)行最佳頻率對比。神經(jīng)元成樹狀,，核是樹的基礎(chǔ),，樹狀突起類似大量的樹枝，而突觸則類似這些樹枝上的葉片,。
