脑袋越大越聪明?

2019-05-17 绿谷生物 PANS
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 一项新的研究显示,增加大脑中神经回路的大小可以提高学习成绩,但这种增加的连通性也有可能阻碍学习。

 
剑桥大学的神经科学家预测, "理想"的大脑回路有一个适合执行特定任务的尺寸。这项发表在《PNAS》上的研究着眼于神经回路如何利用额外的连接来实现更快、更精确的学习。
图片来源:PNAS
 
研究表明,向网络中添加明显的"冗余"神经元(使大脑工作的细胞)和突触连接(使信息从一个神经元流向另一个神经元)实际上是一把双刃剑。一方面,网络连接的增加可以使任务更容易学习。另一方面,由于信号传输连接中固有的噪声,一旦信号通路超过一定的尺寸,增加的连通性最终会阻碍学习和任务性能。这些发现揭示了一个新的潜在原因--为什么过多的嘈杂连接会导致学习障碍,而学习障碍与大脑的超连接有关,包括一些发育形式的自闭症。
 
领导这项研究的信息工程和医学神经科学讲师Timothy O'Leary博士说:"我们的研究表明,在大脑回路中添加'多余的'或冗余连接,实际上可以提高学习效率。"这些额外的连接--对大脑功能来说并不是绝对必要的--可以使一项新任务更容易学习。
 
"然而,我们发现,如果每个新路径都在其传输的信号中添加'噪音',那么随着电路尺寸的增大,学习性能的总体增益最终将会丧失。因此,我们可以预测存在一个所谓的"最佳点",一个适合特定任务的理想大脑回路大小。虽然有证据表明,更大的大脑往往存在于具有更高认知功能和学习能力的物种中,但大脑回路的大小最终可能会受到在不可靠的突触下高效学习的需要的限制。简而言之,在大脑中添加神经元和连接可以在一定程度上帮助学习。在那之后,回路的增大实际上会影响学习。"
 
参考资料:

Dhruva Venkita Raman et al. Fundamental bounds on learning performance in neural circuits, Proceedings of the National Academy of Sciences (2019). DOI: 10.1073/pnas.1813416116