大脑如何通过与自己交流来学习

与其他动物一样，人类拥有巨大的学习能力，可以逮捕新的感官信息，掌握新技能或适应不断变化的环境。然而，许多使我们学习的机制仍然知之甚少。系统神经科学的最大挑战之一是解释突触连接如何变化以支持适应性行为。瑞士日内瓦大学(UNIGE)的神经科学家此前表明，大脑皮质中的突触学习机制依赖于来自更深部大脑区域的反馈。他们现在已经精确地破译了这种反馈如何通过打开和关闭特定的抑制性神经元来阻止突触加强。这项研究，可以在Neuron中阅读，不仅构成了我们理解感知学习机制的重要里程碑，而且还可以提供对计算机化学习系统和人工智能的深入了解。

皮层 - 大脑的外部和最大区域 - 对于更高的认知功能，复杂行为，感知和学习非常重要。在感觉刺激到来之后，皮质处理并过滤其信息，然后将最相关的方面传递到其他大脑区域。反过来，这些大脑区域中的一些将信息发送回皮层。这些被称为“反馈系统”的循环被认为对皮质网络的功能及其对新感觉信息的适应性至关重要。“对于感知学习 - 这是对感觉刺激作出反应的改进能力 - 神经元回路需要首先评估传入感官信息的重要性，然后改进将来处理它的方式。

胡须如何突出反馈系统

老鼠的鼻子上的胡须专门用于触觉传感，并且在动物理解其直接环境方面的能力中起主要作用。处理来自胡须的感觉信息的皮质部分不断优化其突触以便学习关于触觉环境的新方面。因此，它构成了一个有趣的模型，用于理解反馈系统在突触学习机制中的作用。

UNIGE的科学家们分离了一个与胡须相关的反馈电路，并使用电极来测量皮质中神经元的电活动。然后，他们通过刺激已知用于处理该信息的皮质的特定部分来模仿感觉输入，并且同时使用光来控制反馈电路。“这种离体模型允许我们独立于感觉输入控制反馈，这在体内是不可能做到的。然而，将感觉输入与反馈断开对于理解两者之间的相互作用如何导致突触强化至关重要” Holtmaat。

抑制神经元对信息进行门控

该团队发现，当单独触发时，两个组件都会激活各种神经元。然而，当同时激活时，一些神经元实际上会降低其活动。“有趣的是，当感觉输入和反馈一起发生时被抑制的神经元通常会抑制对感知很重要的神经元，这被称为抑制抑制或去抑制，”UNIGE医学院的Leena Williams解释道，研究的第一作者。“因此，这些神经元就像进入信息的门，而且通常是关闭的。但是当反馈进来时，门被打开，允许那些照顾主要感官信息的突触增加其强度。

现在他们已经精确地确定了哪种神经元参与了这种机制，这些科学家将在“现实生活”中测试他们的结果，以检查当小鼠需要学习新的感觉信息或发现新方面时，抑制神经元是否会像预测的那样表现在它的触觉环境中。

深度学习：模仿自然智慧

大脑电路如何优化自己?系统如何通过阅读自己的活动来教自己?除了与动物学习相关外，这个问题也是机器学习计划的核心。实际上，一些深度学习专家试图模仿大脑电路来构建人工智能系统。UNIGE团队提供的见解可能与无监督学习相关，无监督学习是机器学习的一个分支，它通过能够自我组织和优化新信息处理的电路模型来占据自身。例如，这对于创建有效的语音或面部识别程序是重要的。

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