看电影的老鼠对脑科学家来说是个谜：所有这些神经元在做什么?

 
多年来，神经科学家一直在监视小鼠的大脑活动，因为它们观察的图像范围很广，包括黑色电影经典的《邪恶之触》，希望能发现关于视觉系统运作方式的深刻见解。现在他们遇到了导演奥森·威尔斯本人的情节转折。
西雅图艾伦脑科学研究所和华盛顿大学的研究人员今天在《自然神经科学》杂志上报道了最新结果，结果表明，视觉皮层中90%以上的神经元都无法像科学家们想象的那样起作用。
大脑研究所首席科学家兼总裁克里斯托夫·科赫(Christof Koch)在新闻稿中说：“我们认为，根据这些神经元处理视觉信息的简单原则，这些原则都在教科书中。” “但是现在我们可以一次调查成千上万个细胞，我们得到的结果更加微妙，而且情况也更加复杂。”
并不是说这有什么问题。
“对我来说，这就是生意。从某种意义上讲，这是令人兴奋的事情，”艾伦研究所(Allen Institute)的副研究员，该研究的主要作者之一迈克尔•布伊斯(Michael Buice)告诉GeekWire。 “我们所处的位置比我们想象的要有趣。”
半个多世纪以来，神经科学家一直假设不同的神经元集合对特定的模式做出反应-例如，明暗交替变化，或者物体从左向右运动-大脑将所有这些输入缝合在一起以产生对世界的心理印象。基于对猫的研究，哈佛大学的两名研究人员因描述了这一过程而在1981年获得了诺贝尔奖。
在过去的几年中，艾伦研究所(Allen Institute)的鼠标实验也记录了该过程。研究人员在老鼠面前建立了一个屏幕，并向他们展示了抽象图案的图片，自然场景的图片以及电影。韦尔斯(Welles)1958年的电影《邪恶之触》(Touch of Evil)的前三分钟是研究小组的最爱之一，因为它是一个连续的场景，没有割伤小鼠的感觉。
自2016年以来，该研究所将其小鼠视觉皮层活动的数据库从18,000个神经元增加到近60,000个神经元。结果，该研究所的研究人员获得了更完整的图像，显​​示了当小鼠处理所见图像时，视觉皮层中的细胞正在做什么。
他们发现，绝大多数的单元格与猫和猴子中看到的教科书模型不太匹配。 “在’很好’的意义上，我们得到工作的细胞数量……取决于您的测量方式，大约是数据集的2%至10%，接近2%，”布伊斯说。
大约60%的神经元显示出可以与特定刺激相关的可靠反应，但该反应比教科书模型所预期的更为专业。其余约30%的人表现出一定的活动性，但并未响应实验中的任何刺激而可靠地点亮。
该研究的另一位主要作者艾伦研究所的萨斯基亚·德弗里斯(Saskia de Vries)说，这么多神经元以神秘的方式起作用的事实并不意味着以前的脑细胞研究是错误的。她说：“这些细胞只占皮层中所有神经元的一小部分。”
需要进行进一步的实验，以弄清楚为什么老鼠的数据与猫和猴子的数据不匹配，并决定是否必须对教科书模型进行大幅修改。
Buice怀疑这种差异的部分原因可能与不同物种的眼睛的构造方式有关。猴子，人类和其他灵长类动物的眼睛有一个中央视网膜区域，称为中央凹，负责精确对焦。猫的视网膜具有视觉条纹，似乎具有类似的功能。但是老鼠的视网膜没有那么专业化-这意味着老鼠的视力基本上是20/2000，远低于人类的20/20正常水平。
鼠标大脑的处理能力也受到更大的限制，这可能需要它们的视觉系统以明显不同的方式工作。 Buice说：“如果可以的话，可以通过进化开发对其进行编程，以使其与我们的视觉系统截然不同。”
Buice说，这种差异可以解释30%构成完全神秘的神经元的状况。也许这些神经元不是被编程用来响应的图像触发的。他说：“我们试图解决此问题的方法是进行另一组实验，在这些实验中，我们将尽可能显示尽可能多的功能。”
该结果可能对并非由血肉构成的大脑有影响。弄清楚生物视觉系统的基础以及它们在小鼠和人类中的不同之处，也可以帮助科学家建立更好的基于机器的视觉系统。 Buice解释说：“从通用神经计算的角度来看，与特定于任务的相比，我们可以看到什么是通用的。”
未来的AI代理商会像鼠标一样看世界，像人类一样看世界还是完全陌生的东西？ 如果只有奥森·威尔斯（Orson Welles）来导演那部电影……
Saskia de Vries，Jerome Lecoq和Michael Buice是《自然神经科学》发表的研究的主要作者，“一项大规模的标准化生理调查揭示了小鼠视觉皮层的功能组织。”高级作者Christof Koch和R. Clay Reid。 其他67位研究人员被列为合著者。 可通过BioRxiv免费获得该纸的预印本。