絕大部分感覺、認(rèn)知和運動發(fā)起功能都依賴腦中大量神經(jīng)元相互作用。隨著神經(jīng)元記錄技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家能同時監(jiān)視、記錄腦中數(shù)百個神經(jīng)元的活動，并有望將這一數(shù)字成倍提高。但關(guān)鍵問題不是為了超越單個神經(jīng)元，而是從這些神經(jīng)元集群的記錄中，能得到什么科學(xué)解釋。
對神經(jīng)元活動的簡單記錄不會自動產(chǎn)生明確的表達(dá)，讓科學(xué)家理解大腦是怎樣工作的。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)8月25日（北京時間）報道，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)（CMU）和哥倫比亞大學(xué)（CU）的兩位科學(xué)家在最近一期的《自然·神經(jīng)科學(xué)》雜志上聯(lián)合發(fā)表了一篇評論文章，談到為何要研究大量神經(jīng)元的共同活動，并提出一種名為降維算法的機器學(xué)習(xí)算法，可以有效處理大量記錄數(shù)據(jù)，幫助解釋大量神經(jīng)元的活動。
“神經(jīng)科學(xué)中的一個核心原則就是，大量神經(jīng)元一起工作才能產(chǎn)生腦功能。但大部分的標(biāo)準(zhǔn)分析法卻一次只能分析一兩個神經(jīng)元，要想理解大量神經(jīng)元是怎樣互相合作的，必須用一種先進(jìn)的統(tǒng)計方法，如降維計算，才能解釋這種大尺度的神經(jīng)記錄。”CMU電學(xué)與計算機工程和生物醫(yī)學(xué)工程副教授拜倫·余說。
降維算法是將數(shù)據(jù)由高維減到低維，用來揭示數(shù)據(jù)的本質(zhì)低維結(jié)構(gòu)。在神經(jīng)科學(xué)中，是用少數(shù)潛在或隱藏的變量來概括大量神經(jīng)元的活動。比如在我們反復(fù)思考時，或在頭腦中解決數(shù)學(xué)問題時，所有活動都是在腦內(nèi)進(jìn)行而不在外部世界，通過這些潛在變量可以跟蹤一個人的思路。它提供了一種深入的工具，讓人們能理解大腦是如何區(qū)分不同的氣味，在不確定的情況下做出決策，在沒有真實動作時考慮要移動哪個肢體。兩位作者認(rèn)為，把降維算法作為一種標(biāo)準(zhǔn)分析方法，在人們比較研究健康大腦和異常大腦的活動方式時將會更容易，最終為腦損傷和腦功能紊亂帶來更好的治療方法。
哥倫比亞大學(xué)統(tǒng)計學(xué)副教授約翰·康寧漢姆說：“科學(xué)研究的一個主要目標(biāo)就是用簡單的術(shù)語解釋復(fù)雜的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的神經(jīng)科學(xué)家一直在尋找簡化單個神經(jīng)元的方法，但他們發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元的活動模式具有變化的特征，一次只檢查一個神經(jīng)元是很難理解這些活動的。降維算法為我們提供了一種涵蓋單個神經(jīng)元的變化的方法，為神經(jīng)元之間的彼此互動找到簡單的解釋。”
研究人員還指出，雖然在神經(jīng)科學(xué)中降維算法還相對較新，但已顯出光明前景。隨著神經(jīng)記錄技術(shù)的發(fā)展和美國腦計劃的展開，大數(shù)據(jù)會變得更大，降維算法可能成為一種必不可少的數(shù)據(jù)處理方法。
總編輯圈點
面對大量數(shù)據(jù)，科學(xué)家想要迸發(fā)新的思路并不容易。利用降維算法處理大量神經(jīng)元記錄數(shù)據(jù)，幫助理解大腦活動，神經(jīng)學(xué)家顯然已經(jīng)將大數(shù)據(jù)工具應(yīng)用到分析大腦細(xì)胞活動中來，這樣的研究可能暗含更有希望的方法，只需要進(jìn)行少量調(diào)整、使用新的計算分析，原來的數(shù)據(jù)就可以更有用途。我們期待新的研究方法幫助人類對自己大腦的工作原理產(chǎn)生新的認(rèn)識。
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