不成很好掌持预测的大脑，自闭症的新发现 2024年7月26日 国立研究设备法东说念主国立精神神经医疗研究中心( NCNP ) 国立大学法东说念主东京工业大学 国立研究设备法东说念主持化研究所 东京大学国外高级研究所神经智能国外研究机构( WPI-IRCN ) 国立研究设备法东说念主国立精神神经医疗研究中心( NCNP )神经研究所轻微结构研究部的一户纪孝部长、精神保健研究所儿童留意精神医学研究部的松元圆室长(现:京齐大学京齐大学医学研究科附属脑功能空洞研究中心临床脑生理学界限特定副讲授)、饭岛和树研究员、 东京大学国外高级研究所神经谍报国外研究机构( WPI-IRCN )的Zenas Chao副讲授、东京工业大学科学时间创成研究院的特任副讲授小松三佐子(理化学研究所脑神经科学研究中心触觉生理学研究小组客座研究员)等研究小组使用了自闭症谱系阻隔(自闭症)模子母犬 这个发现可能会大大有助于自闭症新的步履打扰法的设备，以及复旧会诊的生物记号物的笃定。 本研究遵循于日本时候2024年7月12日在好意思国在线空洞学术杂志《Communications Biology》上在线刊登。 研究配景 预测编码机制的意见图预测编码是指大脑左证昔时的训导生成外界预测，并使用此预测与本色嗅觉输入之间的不一致(预测舛讹)不断更新外界预测的表面。 这个表面是一个有诱骗力的框架，它透顶改变了咱们对大脑若何惩办外部感官输入和高效安妥环境的剖判。 这个叠加历程使大脑概况细化剖判ipad怎么在线看av，更准确地预测和判断将来发生的事情。
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图1说明了预测编码的基本意见和机制。 它解释了大脑若何将这些预测从高阶脑区传递到低阶脑区，并整合来自环境的嗅觉输入来调整盼望。 自顶向下的预测和自底进取的嗅觉输入之间的这种动态交互有助于一语气细化咱们的感知体验。 这么，预测编码给贯通神经科学、情愫学、神经学界限带来了纠正，是加深剖判咱们大脑作用的不可枯竭的表面基础。 举例，计划一下在城市的街角和深山中看到熊的剪影时的识别要领(图2 )。 在城市街角看到熊的剪影时，好多东说念主的运行预测可能是“白熊”。 另一方面，在深山里看到熊的剪影时，初期的预测是“果真”(使命熊)吧。 这么，起始的预测左证环境和昔时的训导而不同。 也即是说，各自的预测信号不同。 在城市里熊的剪影不动的预测信号变强(不动的熊的剪影)，在深山里熊辅导的可能性高的预测信号变强(行为的熊的剪影)。 然则，算作本色的嗅觉输入，熊的剪影偶而会动作(辅导熊的剪影)。 此时，要是城市里有熊动了，就会说:“动了！ ”的较大的预测舛讹信号。 这是因为初期的预测和嗅觉输入有很大的不同。 另一方面，在深山里熊挪动的情况下，会产生“尽然挪动了”的小的预测舛讹信号。 这是因为初期的预测和嗅觉输入一致。 这些预测和预测舛讹不错顺利地进行信断交换，大脑会左证需要快速合适地改动预测。 对城市里熊会动的新信息感到骇怪，“是果真！ ”的新预测形成，深山中预测得到证据，“尽然是果真”的意识得到加强。 这么，预测编码通过自顶向下的预测和自底进取的嗅觉输入之间的动态交互来一语气细化咱们的感知体验。
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图2熊剪影预测编码的例子自闭症谱系阻隔(自闭症)是以社会交流和行动上的连接难题、有限的兴致和反复的行动为特征的发育阻隔。 自闭症的症状因东说念主而异，包括谈话发展渐渐、嗅觉过敏和阻隔活泼性。 在自闭症方面，一直以来齐有东说念主提议这种预测编码历程中存在尽头的假说。 自闭症患者偶而很难快速、准确地惩办复杂的东说念主际关系和不断变化的情况，因为预测和预测舛讹的退换不顺畅。 举例，由于难以准确预测息争释对方的色调，放胆濒临无法鉴貌辨色等自闭症难题的可能性提升。 另外，预测编码失调也被合计与容易预测的步履和兴致的为止化，也即是自闭症的古板·反复步履也研究联。 这些步履不错剖判为幸免难以预测的情况的政策，从而将预测舛讹降至最低。 本色上自闭症的预测编码历程是若何尽头的，一经很久莫得弄了了了。 这次，研究者们使用自闭症模子的微型灵长类狨(※1 )，探询了预测编码的尽头。 具体来说，给旱獭听以各式概率出现的色调，记载用磨灭其通盘大脑皮质的皮质脑电图( ECoG )电极(※2 )检测出的大脑行为，使用基于预测编码表面的模子，对记载的大脑行为进行了数据分析。 研究内容 研究小组给母体打针丙戊酸制成自闭症模子狨，留置了96个通说念的磨灭通盘大脑皮质外侧面的皮质脑电图电极。 丙戊酸是一种抗癫痫药物，已知母亲孕珠时间服用会增多自闭症的风险，研究东说念主员迄今为止用一样的要领制作了自闭症旱獭，发现其步履和大脑的分子特质算作东说念主类自闭症有很高的合感性。 <任务假想>
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图3在这次的研究中，默塞特在脑电图记载好听到了以下一组一语气的曲调。 一组曲调由一语气五次出现恒定曲调x的xx序列和一语气四次出现另一个曲调y的xy序列构成(图3A )。 家喻户晓，东说念主和狨一语气出现沟通的色调时，会提升对下次也会出现沟通色调的预测期待，终末出现其他色调时会出现较大的预测舛讹。 另外，为了更好地了解预测和预测舛讹的大脑诡计，这次使用了两个xx和xy序列以不同的概率出现的xx块和xy块。 xx块以80%的概率随即出现xx序列，而xy块相悖以80%的概率出现xy块。 由于xx块中曲调y的出现频率更小，是以不错料思到大脑对y的预测期待会变小，对y的预测舛讹有望大于曲调y出现频率更高的xy块(图3B )。 <本色记载> 正如研究小组起始的预期，在xx梗阻中，对照狨和自闭症狨齐出现了较大的电行为相反(图3A、图4左上)，这是从xx序列下的大脑神经行为减去xy序列下的大脑神经行为得出的。 另外，在对照组中，发当今统统个体中，xy梗阻比xx梗阻对第五个曲调之后的y和x的响应相反更小(图4对照组a )。 比较之下，自闭症模子狨的一头(自闭症a )对第5个y的响应和对x的响应的相反在xy梗阻和xx梗阻中莫得那么大的相反(图4自闭症a )。 这示意自闭症a莫得很好地掌持左证全体模式信息诡计出的预测，老是骇怪地对y作念出响应。 这可能与自闭症的感知、听觉和过敏研究。 另外，另一头自闭症模子狨(自闭症b )在xy梗阻中露馅出了令东说念主骇怪的模式，即第五种对y的响应和对x的响应之间的相反为负(箭头) (图4自闭症b )。 这示意了自闭症b受全体模式的影响，提升了对xxxx后y会来这一模式的预测，放胆可能会将xxxx后x来的一方算作骇怪捕捉到。 不错看出这和自闭症的主不雅臆断强度研究联。 图4
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<表面模子>
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图5为了用这一数据定量评价狨大脑的预测编码机制，配置了以下模子。 该模子由3个层级(层级s、层级1、层级2 )和2个检测系统( x检测系统和y检测系统)构成。 品级s是招揽曲调输入的最低感知品级，品级1对基于由5个曲调构成的序列的局部x、y的出现频率的规矩性进行学习编码，品级2对块内的xx序列和xy序列的比例这一全局规矩性进行学习编码。 品级s招揽嗅觉输入，从品级1减去预测1，将预测舛讹1发送回品级1。 级别1招揽来自级别s的预测舛讹1，减去来自级别2的预测，输出预测舛讹2。 两个检测系统各级的预测通过x，y的局部出现蜕变概率和块内的序列概率进行数学诡计。 此外，为了评估自闭症狨的嗅觉聪惠度和各档次预测的隐性态隐性变量，咱们在各个档次上对模子添加了一些统统。 在品级s中，计划到对叠加的色调x的安妥，在嗅觉输入上添加了缩放统统S0。 统统S0取0到1的值，合计越大嗅觉输入的衰减越小，越能产生嗅觉过敏情状。 在第一级和第二级中，为了计划不十足预测，将比例因子s1、s2分离添加到第一级预测和第二级预测中。 当s1 = 1及s2 = 1时，预测被合计是最好的。 s1 < 1或s2 < 1时，为“低预测”，意味着预测的行使不充分。 要是s1 > 1或s1 > 1，则为“超等预测”，线路预测被过度使用。 <模子分析放胆:自闭症狨过敏且不成很好地预测> 罗致拟合要领，对每只狨诡计了与从狨身上得回的本色大脑行为最匹配的统统。 放胆对照组3只的嗅觉衰减指数S0约为0.4，而自闭症a、b的嗅觉衰减较小，分离为S0较大，为0.75、0.95，存在嗅觉过敏性。 另外，对照组的3只齐是S1、S2为0.7以上，尽管接近合偶合1，但自闭症a的S1、S2分离为0.3、0.2，预测被“过小”使用。 不错合计这是自闭症a在xy梗阻中也对语气y保持着热烈的响应的配景。 另外，自闭症b的S2为1.7，预测被“多余”使用，这可能是自闭症b在xy梗阻中对语气x的响应比语气y更强的机理。 图6
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<自闭症狨预测不清爽> 此外，研究东说念主员对每次尝试的预测舛讹1、2的强度分散进行了探询，而不是平均值，放胆露馅，不管哪一种预测舛讹，对照组的强度齐分散在窄小的范围内，从而不错看出预测的清爽性。 与此相对，自闭症模子组a、b均呈现宽幅分散，露馅每次预测不清爽。 不清爽的预测被合计会宝石续、一致的贯通步履形成阻隔。 另外，这与表面上主张的自闭症“预测精度低”的意见一致。 图7
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研究放胆回首 这项研究发现，在自闭症狨的大脑中，对于反复赐与的刺激，很难像健康的旱獭一样民俗。 另外，明确了在大脑中进行的预测也不清爽，精度低。 令东说念主感兴致的是，研究东说念主员发现，在自闭症的旱獭组之间，大脑中预测的使用面容存在很大的个体相反。 有一种自闭症狨，偶而会被预测诱骗得太多，比本色的嗅觉信息更深爱预测。 另一方面，另一种自闭症旱獭似乎无法很好地融入预测，很难将预测和本色的嗅觉信息正确地结合起来。 也即是说，自闭症的旱獭露馅在大脑中的预测莫得被很好地使用，但其阐明面容因个体而有很大的不同。 这项研究放胆教唆，自闭症的各式症状可能与大脑中的预测机制问题研究。 另外，自闭症患者之间，预测的使用要领可能也有很大的个东说念主相反。 这项研究标明，通过将大脑中的预测机制与自闭症症状研究起来，有可能找到新的要领来剖判自闭症的复杂原因。 这对至今后的自闭症研究来说不错说是蹙迫的发现。 今后的瞻望 这项研究使用的要领提供了一种要领，即使是东说念主类自闭症，也能弄清大脑中的预测机制有什么不同。 另外，这次研究中发现的自闭症狨之间在预测使用要领上的重大相反，示意着东说念主类自闭症也有可能被分为几个组。 期待这能设备出安妥各个自闭症患者的更有用的融合要领和接济要领。 今后，以该研究得到的常识为基础，期待着东说念主类对自闭症的剖判进一步加深，设备出安妥每个东说念主的接济和融合要领。 术语说明 (※1 )共模装配 原产于南好意思的微型山公( 200-300g )，是父母讨好养育孩子的社会性很好的灵长类。 此外，它还具有与东说念主类相似的社会步履特征:目光交流和使用各式各类的叫声进行交流。 另外，大脑的口头、功能和东说念主类相似，具有发达的大脑皮质。
狨的相片
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(※2 )皮质脑电图( ECoG ) “皮质脑电图( ECoG )是平直扬弃在大脑名义的电极，是记载大脑皮质电行为的要领。 与从新顶测量脑电波的传统要领( EEG )比较，ECoG记载在更接近大脑名义的位置，因此概况以高精度捕捉更隐微部分的行为。 原着论文信息 论文称呼: erroneous predictive coding across brain hierarchies in a non-human primate model of autism spectrum disorder 作家姓名Zenas Chaoipad怎么在线看av，Misako Komatsu，Madoka Matsumoto，Kazuki Iijima，Keiko Nakagaki，Noritaka Ichinohe 刊登杂志: Communications Biology doi: 10.1038/s42003-024-06545-3 https://www.nature.com/articles/s 42003-024-06545-3？ UTM _ source = RCT _ congratemailt & UTM _ medium = email & UTM _ campaign = OA _ 2024 07 12 & UTM _ content = 10.1038/s 研究小组 国立精神神经医疗研究中心 神经研究所微结构研究部一户纪孝、中垣庆子 精神保健研究所儿童留意精神医学研究部松元圆(现:京齐大学京齐大学医学研究科附属脑功能空洞研究中心临床脑生理学界限特定副讲授)、饭岛和树(现:玉川大学) 东京大学国外高级研究所神经谍报国外研究机构( WPI-IRCN ) Zenas Chao 东京工业大学科学时间创成研究院小松三佐子 (理化研究所脑神经科学研究中心触觉生理学研究小组客座研究员) 研究经费 本研究遵循是通过以下功绩研究界限和研究课题进行的。 国立精神神经医疗研究中心精神神经疾病研究设备费“以成立发育阻隔的融合要领为主义的平移研究”(2-7)“使用灵长类模子动物进行的脑神经功能过甚疾病关系的基础性研究”(5-8) :日本医疗研究设备机构( AMED )“基于革命时间的脑功能收罗全貌说明(革命脑)”中的“最安妥脑科学研究的推行动物的复合动物组:对于养殖、饲养、供给要领的研究”( JP23dm0207066 ) “革命时间解明大脑功能收罗全貌(中枢据点)”( JP20dm0207001 )“双向平移面容研究设备神经病大脑预测性阻隔机制”( JP20dm0207069 )日本学术振兴会( JSPS )的学术 关系集结 新闻发布会( 2021/09/16 )巨匠首款自闭症谱系阻隔型号旱獭研制见效——期待融合药物研发革命—— https://www.ncnp.go.jp/topics/2021/2021 09 16 p.html 新闻稿( 2022/7/28 )自闭症儿童不看周围的东说念主可能会不容社会大脑的发展---对早期步履疗法的设备是否有用--- https://www.ncnp.go.jp/topics/2022/2022 07 28 p.html 新闻稿( 2024/6/11 )在自闭症模子旱獭脑中发现突触口头改变特征，并发现该特征可通过赐与催产素缓解——有助于剖判自闭症突触功能改变 https://www.ncnp.go.jp/topics/detail.PHP？ @uid=0K3ErS0kP2F37qiE 神经研究所 https://www.ncnp.go.jp/neuroscience/index.PHP 微结构研究部 https://www.ncnp.go.jp/nin/guide/r _ mic/index.html 接洽 【研究关系接洽】 国立精神神经医疗研究中心神经研究所微结构研究部 部长一户纪孝 邮编〒187-8502东京齐小平市小川东町4-1-1 Email:nichino(a ) ncnp.go.jp 东京工业大学 科学时间首创研究院 特任副讲授小松三佐子 邮编〒226-8503神奈川县绿区长津田町4259 Email:komatsu.m.ab(a ) m.titech.ac.jp 【报说念关系接洽】 国立精神神经医疗研究中心总务科宣传室 邮编〒187-8551东京齐小平市小川东町4-1-1 TEL:042-341-2711 (代表)传真: 042-344-6745 Email:ncnp-kouhou(a ) ncnp.go.jp 东京工业大学总务部宣传科 Email:media(a ) jim.titech.ac.jp tel 03-5734-2975传真03-5734-3661 理化研究所宣传室新闻发言东说念主 Email:ex-press(a ) ml.riken.jp 东京大学国外高级研究所神经谍报国外研究机构( WPI-IRCN )宣传担当 Email:pr.ircn(a ) gs.mail.u-tokyo.ac.jp ※E-mail请将上述地址( a )的部分改为@后使用。
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