y你可能听说过这样一个神话:普通人只使用了大脑的10%。这是一个诱人的谎言，因为它暗示我们可以超越自己。科幻电影无限和露西这部小说的主人公通过发掘潜在的心智能力获得了超人的能力。另一方面，神经科学家长期以来一直厌恶它。80年的研究证实，大脑的每个部分在一天中都是活跃的。除了那些遭受严重脑损伤的人，我们在任何时候都要使用我们所有的大脑。
但是，就像许多传说一样，10%的神话也包含了一些事实。在过去的20年里，科学家们发现我们的大脑皮层遵循着一种奇怪而又熟悉的模式:一小部分神经元输出绝大多数的活动。这并不是说我们没有使用大脑的90%，而是很多神经元即使在使用过程中也保持着诡异的安静。这种沉默背后的故事比电影中提高的智商和暂时的千里眼更深刻。它说明了我们的头脑如何首先代表现实的基本原则。
NEURONS与电气冲动沟通称为尖峰。在20世纪30年代，科学家开始使用插入大脑中的小金属电极从个体神经元录制尖峰。他们观察到每秒活动率的活动率的神经元，每秒持续几毫秒。1大脑似乎随着沟通而嗡嗡作响。然后在1968年对微电极技术的审查中，生物医学工程师大卫罗宾逊带来了一个重要的差异。当电极降到大脑中时，它们应该检测它们接近的任何细胞的活动。在典型的重新编码中，这将理论上是大约200个细胞。然而，研究人员幸运地从每电极插入的五个细胞记录。其余的神经元在哪里？
许多人刷出这些问题 - 低发现率可能是由于电极的组织损伤，或因为在麻醉动物受试者时进行录音。但是，随着研究人员开始从细胞内部制作艰苦的录音，罗宾逊的洞察力被证实了30年后。1－3他们发现，大脑皮层中的大多数神经元的峰值比通常报道的每秒10-100个峰值要低得多，这些高峰值只描述了最活跃的3%到20%的细胞。事实证明，科学家们长期以来未能记录大脑中的大部分神经元，仅仅是因为他们缺乏检测它们的方法。
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一小部分神经元的放电频率比其他神经元高出数百倍或数千倍。
今天我们知道大量的皮质神经元是“沉默”。他们令人惊讶地飙升，有些人根本不飙升。由于研究人员只能从脑大脑内部的录音非常有限（例如，从患者准备脑外科），因此它们具有基于大脑葡萄糖消耗的估计活性率。人类大脑，占体重率不到2％的人，每天使用20％的卡路里预算，或每天有三个香蕉的能量。鉴于钉子需要大量的能量，这非常低。考虑到单一穗和大脑中神经元数量的能量成本，平均神经元必须每秒小于一次。4.然而，通常在人体患者中记录的细胞每秒达到数百次，表明少数神经元吃了分配给大脑的大部分能量。剩余的神经元可能每分钟或更少的几次发射。这种能源预算限制了对皮质可以一次从事的影响：总共，不超过1％的神经元可以活跃。这可以解释为什么我们的注意力如此有限 - 我们的大脑只能为任何特定的感知分配这么多尖峰。
为什么大脑会保留大量相对不活跃的细胞呢?这个问题很难回答，因为虽然我们知道峰值会转化为我们对世界的感知，但我们还远不知道如何转化。5.这种翻译被称为神经码，而神经科学家一直试图在过去的100年里破解它。
神经编码有两个极端:感知可能是通过神经元集合的活动来表示的，或者它们可能是由单个神经元编码的。第一个策略，称为密集代码，将导致一个巨大的存储容量:给定N大脑中的神经元可以进行编码N物品 - 一个远远大于宇宙中原子数量的天文人物，而且可能在许多寿命中经历。但它也需要高活动率和禁止的能源预算，因为许多神经元需要同时活跃。第二次策略 - 叫做祖母代码，因为它意味着只有只为您的祖母的尖刺就会更简单。经验中的每个对象都是由神经元表示的，同样的方式键盘上的每个键代表单个字母。该方案是飙升的效率，因为，由于绝大多数已知物体不涉及给定的思想或经验，大多数神经元大部分时间都会是休眠。但大脑只能代表着许多概念，因为它有神经元。
90年代末，理论神经科学家们在这些观点之间找到了一个完美的妥协。6,7.在这种被称为稀疏编码的策略中，感知是由几个神经元同时进行的活动编码的，就像密集编码一样。但稀疏编码限制了参与编码特定刺激的神经元的数量，这与祖母编码类似。它结合了大的存储容量，低活动水平和保守的能源预算。
稀疏编码被认为是理论神经科学的伟大胜利之一，因为它的预测与真实数据惊人地一致。在1996年的一篇论文中，神经科学家布鲁诺·奥尔豪森(Bruno Olshausen)和大卫·菲尔德(David Field)训练了一个人工神经网络来“学习”图像。通过限制任意给定时间内活跃的神经元数量，并要求每个神经元编码的信息在最大程度上独立于其他神经元编码的信息，他们的网络被限制为一个稀疏编码。在这些约束条件下，人造神经元从图像中提取信息的方式与视觉皮层中的真实神经元完全相同:以特定形式为局部边缘加尖。神经科学家认为，在大脑中，这些边缘首先会重新组合成形状和纹理，然后最终形成对特定概念的感知，比如脸、船头和船。随着信息通过越来越专门化的大脑区域上升，在意义被分层之前，视觉世界被分解成主要的元素。
稀疏编码策略解释了为什么一些神经元很少出现尖峰:它们编码非常具体的信息。但这并不能解释为什么一小部分神经元会比其他神经元发出数百或数千倍的信号。这可以部分地，但不是全部地，解释为细胞类型的多样性——一些神经元类简单地比其他神经元类激增。但即使在兴奋性细胞(最常见的神经元类别)中，也存在着剧烈的活动失衡。这种差异可能代表了两种独立的编码策略:一个小的、活跃的群体可能会做出快速的“最佳猜测”，从而能够做出更直接的反应，而安静的群体则将其细化为一种特定的感知。想想有多少次，你以为从眼角瞥见了一个不祥的人影，结果发现那是一个衣架。
安静神经元的作用可能不仅仅是改善感知。尽管它们的峰值并不频繁，但我们从细胞内的记录中知道，它们仍然接收来自其他神经元的输入，这导致它们的膜电压波动。这些波动和峰值的总和构成了通常所说的脑电波。在过去的15年里，科学家们已经开始收集证据，证明这些脑电波在信息处理中发挥着积极的作用，分流了一些神经输入，同时增强了其他的神经输入，例如，或者改变了尖峰信号的时间。这表明，尖刺并不是大脑中唯一携带信息的信号，反过来，“不活跃”的神经元的活动远比看起来的要多。
除了塑造高尖峰神经元的产出外，这些安静的神经元可能是一种学习和恢复的“储备池”。失去一个晶须的鼠标对他的剩余晶须更敏感，因为触摸相关皮质区域的神经元rewire，以从施工晶须接收输入。当科学家在修剪鼠标晶须之前和之后记录神经活动时，他们发现它是对粪便晶须更敏感的活性神经元。8.
如果这是真的，我们确实有潜在的心理能力，正如10%神话所暗示的那样。它们更通俗地称为学习。
Kelly Clancy研究神经科学作为巴塞尔大学的博士后研究员在瑞士。此前，她作为天文学家漫游世界，并配上土库曼斯坦的和平兵团。她赢得了2014年Regeneron奖，为她的工作设计无毒脑疗法的创新创新奖。
参考
1.大脑有多安静:神经科学中是否存在“暗物质”问题?比较生理学杂志A192, 777 - 784(2006)。
2. Henze，D.A.，等等。体内海马细胞外记录预测的细胞内特征。中国神经生理学杂志84, 390 - 400(2000)。
3.王志刚，王志刚，王志刚，等。大鼠初级躯体感觉皮层的层和细胞类型特异性超阈值刺激表征。生理学杂志581，139-154（2007）。
4.皮质计算的成本。当代生物学13，493-497（2003）。
5.Olshausen, B.A. & Field, D.J.我们离了解v1还有多远?神经计算17，1665-1699（2005）。
6.通过学习自然图像稀疏编码的单细胞接受域特性的出现。自然381，607-609（1996）。
7. Bell，A. J.＆Sejnowski，T. J.自然场景的“独立组件”是边缘过滤器。视觉研究37, 3327 - 3338(1997)。
8.马戈利斯,这位等等。在长期感觉剥夺过程中皮层人群活动的重组。自然神经科学15, 1539 - 1546(2012)。
