发现快速捕捉我们错误的神经元

每个人都习惯性地犯下每天的错误 - 服务员说，“享受你的用餐”，你回答说，“你也是!”事实上，在意识到这个人没有享受你的用餐之前。幸运的是，我们的大脑部分可以监控我们的行为，捕捉错误并快速纠正错误。

加州理工学院领导的研究团队现在已经确定了可能成为这种能力的个体神经元。这项工作提供了位于人类大脑深处的个别神经元的罕见记录，并对精神疾病如强迫症有影响。

这项工作是Ralph Adolphs(博士'93)，Bren心理学教授，神经科学和生物学教授，以及Allen VC Davis和Lenabelle Davis领导教席以及天桥和Chrissy的Caltech脑成像中心主任之间的合作。陈氏神经科学研究所;和Ueli Rutishauser(博士'08)，神经外科，神经病学和生物医学科学副教授，以及Cedars-Sinai医学中心神经科学理事会主席。

“许多人都知道犯错误的感觉，并迅速抓住自己 - 例如，当你打字并按下错误的钥匙时，你可以意识到你犯了一个错误，甚至不需要在屏幕上看到错误，”Rutishauser说道。 ，他还是加州理工学院生物与生物工程系的访问助理。“这是我们如何自我监控我们自己的瞬间错误的一个例子。现在，通过这项研究，我们知道哪些神经元参与其中，我们开始更多地了解这些神经元的活动如何帮助我们改变我们纠正错误的行为。“

在由加州理工学院研究生中正(布鲁克斯)傅领导的这项工作中，研究人员旨在准确了解当一个人在犯错误后抓住自己时在个体神经元的水平上会发生什么。为此，他们研究了将薄电极暂时植入大脑的人(最初是为了帮助定位癫痫发作)。这项工作是与神经外科医生Adam Mamelak合作完成的，他是Cedars-Sinai神经外科教授，他为癫痫的临床监测进行了十多年的电极植入，并与研究人员密切合作。

虽然在他们的内侧额叶皮质(MFC)中测量了神经活动，MFC是一个已知参与错误监测的大脑区域，但是癫痫患者被给予所谓的Stroop任务来完成。在此任务中，在计算机屏幕上显示一个单词，并要求患者识别文本的颜色。有时，文本和颜色是相同的(例如，“绿色”一词，以绿色显示)。在其他情况下，单词和颜色不同(“绿色”以红色文字显示)。在后一种情况下，正确的答案是“红色”，但很多人都会说出“绿色”的错误。这些是研究人员研究的错误。

通过测量，团队可以识别MFC中的特定神经元，称为自我监测错误神经元，在一个人犯错之后立即触发，在他们得到有关他们答案的反馈之前。

几十年来，科学家们研究了人们如何使用放置在颅骨表面的电极来自我检测错误，这些电极可以测量数千个神经元的聚集电活动。这些所谓的脑电图揭示了一个特定的脑波特征，称为与错误相关的消极性(ERN)，在一个人犯错后立即在MFC上的头骨上常见。在他们的实验中，Fu和他的同事同时测量了ERN以及个体误差神经元的发射。

他们发现了ERN的两个基本新方面。首先，错误神经元的活动水平与ERN的幅度正相关：特定错误的ERN越大，错误神经元越活跃。这一发现揭示了ERN的观察 - 一种非侵入性测量 - 提供了有关大脑深处发现的错误神经元活动水平的信息。其次，他们发现这种ERN-单神经元相关性反过来预测了这个人是否会改变他们的行为 - 也就是说，他们是否会减速并更多地关注以避免在下一个答案中出错。如果错误神经元被触发但是大脑范围内的ERN签名没有被发现或者很弱，那么这个人可能仍然认识到他们犯了错误，但他们不会修改他们的行为以用于下一个任务。

研究人员发现了涉及部分电路的进一步具体证据。

“我们在MFC的两个不同部位发现了错误神经元：背前扣带皮层(dACC)和前辅助运动区(pre-SMA)，”Fu说。“错误信号出现在前SMA中比dACC提前50毫秒。但只有在dACC中，ERN和错误神经元之间的相关性预测一个人是否会改变他们的行为。这揭示了处理的等级 - 单神经元水平的电路组织结构，对行为的执行控制很重要。“

该研究还可能对理解强迫症有意义，强迫症是一个人不断尝试纠正所察觉的“错误”的情况。例如，一些患有这种疾病的人会感到需要在短时间内反复检查他们是否已经锁上门。一些患有强迫症的人被证明具有异常大的ERN潜力，表明他们的错误监测电路过度活跃。错误神经元的发现可能有助于新疗法抑制这种过度活跃。

研究人员接下来希望确定来自错误神经元的信息如何流经大脑，以产生行为变化，如减速和聚焦。“到目前为止，我们已经确定了额叶皮层中的两个大脑区域似乎是一系列处理步骤的一部分，但是，当然，整个电路将要比这复杂得多，”Adolphs说。“一个重要的未来途径是将具有非常精细分辨率的研究(如本研究)与使用fMRI [功能磁共振成像]的研究结合起来，这些研究为我们提供了全脑视野。”

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