發現大腦容錯機制

在一項新的研究中，來自美國霍華德-休斯醫學研究所的研究人員在小鼠大腦中發現一種容錯機制。在針對小鼠的實驗中，他們的發現及其影響有助于進一步理解大腦是如何工作的。相關研究結果于2016年4月14日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Robust neuronal dynamics in premotor cortex during motor planning”。
 
針對這項研究，來自美國卡內基梅隆大學的Byron Yu在同期Nature期刊上發表一篇標題為“Neuroscience: Fault tolerance in the brain”的新聞評論文章，解釋了這項研究是如何開展的。
 
為了有助確保計算機系統中的數據完整性，工程師們開發了許多不同的容錯策略，如發現錯誤時讓數據包重新發送的糾錯程序，冗余硬盤驅動器或處理器鏡像系統---所有的這些策略旨在確保數據按照預期的方式保持或使用。如今，這似乎同樣也適用于小鼠大腦。在這項新的研究中，研究人員發現在小鼠兩個腦半球之間存在一種鏡像機制，在這種機制中，如果信息丟失了，那么數據就會從一個腦半球交換到另一個腦半球中。
 
想象一下你學著如何反彈籃球，但是突然被一名籃球選手擊中頭部---你可能在一兩秒鐘內忘記如何反彈籃球，但是隨后你返回正常，你繼續打球。這正是研究人員所研究的東西---他們教導小鼠如何以某種方式移動它們的舌頭來獲得食物招待，然后讓僅僅一個腦半球中的負責保持這種能力的大腦區域突然喪失這種能力。這只小鼠僅僅片刻間忘記這種能力，但是僅僅幾秒后，它再次記起來了。研究人員發現，這之所以會發生，是因為這種舔舌頭技能的記憶數據儲存在兩個腦半球中---當記憶數據在一個腦半球中丟失時，它自動從另一個腦半球中恢復。
 
研究人員通過構建出基因工程小鼠---它的運動前區皮層（premotor cortex，參與執行這種舔舌頭技能的大腦區域）區域中的腦細胞對藍光作出反應---開展研究，發現小鼠大腦中的這種容錯系統。這允許研究人員能夠隨意地激活和關閉一個腦半球中的這個區域。關閉一個腦半球中的這個區域會阻止神經活動，從而讓這種舔舌頭技能喪失掉，然后，當研究人員允許這些大腦區域再次發揮功能時，他們觀察到數據從另一個腦半球中交換過來。為了測試這一理論，研究人員讓小鼠的這兩個腦半球失去，從而阻止數據交換，結果發現這會阻止這種容錯機制發生。類似地，同時擦除這兩個腦半球中的數據也會*地阻止這種舔舌頭技能的能力恢復，這是因為不再有備份數據可供訪問。