可积极了了

    就What？你的大脑通过计算微积分来控制快速运动？

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    该发现来自MIT研究团队。

    他们认为，大脑并非通过单一信号对高速运动精准控制，而是基于一套复杂的信号处理系统，对抑制、兴奋两种信号进行比对处理，得到最终指令。

    论文中，研究团队还用一套更“形象”的说法描述该过程——大脑在自己算微积分。

    目前，该项研究已发表在CellReports上。

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    一些网友看后颇感Amazing。

    比如这位就表示，既然大脑都知道算微积分了，为啥大学还要学……

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    还有这位，看过研究结论，表示：这岂不是很像PID控制器？

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    所以，科学家如何证明上述结论？

    下面展开讲讲。

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    △图源：quantamagazine

    发现大脑内的微积分系统

    控制走路跑步的机制本身不难描述——大脑有个中脑运动区（MLR），它会向脊髓神经元发送信号。

    信号后又流向腿部肌肉的运动神经元，这其中，兴奋、抑制两种信号分别直接控制了身体活动与停止。

    但当奔跑有了目的地，事情变得复杂起来。

    以前研究中，生物学家知道了目标信号是在大脑皮层形成，再传递给MLR。

    但精准的指令如何下达？如何控制身体突然停下？这是个问题。

    为此，研究者以小鼠为实验对象，开发一套实验系统。

    他们将其小鼠头部固定，通过光遗传学设备控制神经元激活，同时让小鼠脚底踩着跑步机，给到特别的灯光图案地标，训练它移动。

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    若小鼠能走到地标处站住，并保持静止1.5s，就能听见奖励音并获得喂水，然后，继续去下一个指定位置。

    反之，播送错误提示音不给喂水，重启任务。如此往复训练。

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    如果小鼠在30分钟内成功停留100次，研究者即开始研究其行为模式及信号传递过程。

    他们首先观察了小鼠运动控制模式。

    结果发现，小鼠为更快获得奖励，会先尽可能加速奔跑，然后在接近目标一定位置，快速刹车，以保证在正确位置停下。

    科研者认为，此种现象证明了小鼠瞬间切换了自己的运动决策模式，并用一套方程描述该过程：

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    基于上面结论，结合之前理论研究，科研团队假设，大脑皮层的次级运动皮层（M2）到控制运动的中枢底丘脑核(STN)，即M2-STN通路，所发信号，控制了动物运动的停止。

    为此，他们向该通路输入信号，激活它。结果证实，小鼠奔向目标中，确实会提前停下，如下图A所示：

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    M2