学界 | 马里兰大学研究：人脑神经网络的动态变化和声音感知

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编译：Zoe Zuo、张馨月 、小鱼

大脑精密复杂，被称为“地球上最复杂的生物结构”。马里兰大学工程学院的研究人员采用新计算方法，希望能深入了解听力障碍与神经网络的动态变化之间的关系。

作为地球上最复杂的生物结构，大脑是如何让它的神经网络适应新环境的呢?马里兰大学工程学院(A. James Clark School of Engineering)的电气工程师和神经科学家们联起手来研究了这个问题。

他们利用信号处理的新技术追踪了大脑在接收到一些“重要的”声音时，例如当接收到有关奖赏(reward)的声音时，额叶皮层(frontal cortex)和听觉皮层(auditory cortex)之间的神经元的互动方式。大脑的神经网络在处理听觉信息和决策制定方面发挥着作用，同时过滤了无关紧要的声音或者背景噪音。

为了识别和理解大脑神经网络，研究人员们开发了高级算法对海量的复杂数据进行分类和整理。他们开发的自适应格兰杰因果关系分析工具(Adaptive Granger Causality analysis)，可用于处理多种类型的大规模数据集。

工具链接：

https://github.com/Arsha89/AGC_Analysis

正是由于大脑复杂的结构，所以它能在快速、动态的交互中将各项功能连接起来。我们能完成各种任务、应对周遭环境，靠的就是大脑内部的信号处理过程。

研究结果显示，大脑内复杂的神经网络可以根据具体的任务要求而不断重组。研究人员还发现，即使没有受到明显的外部刺激，听觉皮层神经元之间的连接方式也发生了改变。下面的视频展示了神经元之间的互动。

负责这项研究的贝塔什•巴巴迪(Behtash Babadi)表示，“通过观察这些神经网络在正常运作时的行为，希望能帮助我们深入了解听力障碍与神经网络的动态变化之间的关系。”这项独特的联合研究表明了神经工程学(neuroengineering)所具有的前景与价值。神经工程学是学科间融合的产物，致力于促进我们对大脑运作原理的理解。该研究的相关结果已发表在《美国科学院院报》(Proceedings of the National Academy of Sciences)。