华盛顿特区[美国]讯(ANI)神经生物学家通过尖端可视化技术,首次揭示突触和神经元在学习过程中发生的动态变化。这项突破性研究破解了长期困扰学界的"信用分配问题",发现单个神经元的不同区域遵循不同突触可塑性规则,彻底颠覆了传统认知。
该研究由加州大学圣地亚哥分校神经生物学家威廉·"杰克"·怀特、内森·海德里克和高木隆团队完成,主要研究经费来自美国国立卫生研究院多项研究资助。发表于4月17日《科学》杂志的研究成果显示,通过双光子显微镜对小鼠大脑活动的实时追踪,研究团队首次观测到学习过程中突触强度的动态变化模式。
"传统认为突触可塑性在整个大脑中是统一的,但我们的发现证明单个神经元内部存在多套规则体系。"该研究第一作者、生物科学学院博士后研究员怀特指出,"这种新的理解不仅有助于揭示脑部疾病的突触功能障碍机制,更能指导新型人工智能系统的架构设计。"
研究团队发现,学习过程中不同区域的突触遵循差异化的可塑性规则,这种复杂机制类似于蚁群协作模式——个体虽只掌握局部信息,但整体却能完成复杂任务。这一发现为治疗成瘾症、创伤后应激障碍、自闭症等神经发育障碍提供了全新方向。
在人工智能领域,该研究突破了现有神经网络普遍采用的单一可塑性规则限制,为构建更接近人脑特性的多规则AI系统奠定了理论基础。研究团队特别指出,这种多规则体系的应用可能显著提升人工智能在模式识别、决策制定等领域的表现。
研究同时揭示,突触强度的调整并非均匀分布,某些突触会随新信息增强,而另一些则相应弱化。这种动态平衡机制解释了大脑如何高效存储并更新海量信息,为开发更节能的类脑计算芯片提供了生物原型。
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