本文首發於微信公眾號：一線科普（yixiankepu），作者：
joseph xia
還記得每次去找導師討論的場景嗎？看著老師神采奕奕的眼神，我們時常表示一臉茫然。如果把老師稱為“專家“的話，那麼我們會毫不猶豫的把自己叫做”菜鳥“，那麼，你有沒有想過，導師的大腦和我們的大腦究竟有什麼區別呢？為啥導師的大腦裡都是idea呢？
2019年11月18日，著名的Cell出版社旗下期刊《Neuron》(神經元)在線刊登了一篇名為“Excitatory and Inhibitory Subnetworks Are Equally Selective during Decision-Making and Emerge Simultaneously during Learning”的研究論文，主要作者來自英、美兩國。
在文中，通過對小鼠開展若干研究，作者驚訝的發現，當小鼠學會執行一項新任務時，它們的大腦活動會逐漸從“菜鳥”發展為“專家”，之後，小鼠大腦中的神經元網絡會變得更加精緻和具有選擇性，這可以更好地幫助小鼠進行認知和決策。
從菜鳥到專家
該研究通過測量小鼠大腦中的神經元活動，從而逐漸瞭解小鼠成為“專家”的過程，許多研究已經表明，幾乎所有的動物都需要大約4個星期的學習來使得自己從“菜鳥”變為“專家”。
對此，文章的通訊作者、美國冷泉港實驗室（CSHL）的副教授Anne Churchland說：“我們同時記錄了數百個神經元的活動，並具體研究了神經元活動在學習過程中起的作用。”
具體而言，來自CSHL、哥倫比亞大學、倫敦大學學院和Flatiron研究所的眾多研究人員使用了雙光子成像顯微鏡和大量遺傳工具對小鼠進行了研究，結果發現，當小鼠可以訓練有素的執行任務時，它們的大腦神經網絡會變得更加集中！此時，它們顯然已經成為了“專家”！
研究設計
研究人員們從訓練小鼠的感知決策任務開始，具體而言，小鼠會以咔嗒聲和閃光聲形式接受一系列的多感覺刺激，隨後小鼠需要通過舔舐研究人員面前的三個噴水嘴來告訴研究人員是高刺激還是低刺激。
其中，中間的水嘴表示中等刺激，左側的水嘴表示高刺激，而右側的水嘴則表示低刺激，每當老鼠做出正確的決定時，研究人員會給予他們獎勵。
同時，研究人員還通過使用機器學習算法訓練了一個稱為“線性支持向量機”的小型人工網絡來對小鼠的神經活動進行解碼，準確度可以達到大約90％。
通過解碼，研究人員還發現了大腦中兩類特定類型的神經元，即：興奮性神經元和抑制性神經元，它們分別能過觸發正向和負向變化。其中，抑制性神經元對動物具有高度的選擇性。
值得注意的是，這些神經元是生物物理模型的一部分，它可幫助研究人員瞭解決策的工作原理。
研究發現與解釋
研究小組發現，神經元在對與特定任務相關的活動做出反應時更具選擇性，並且反應的更快，所以專家型小鼠能夠更立即地做出反應。
那麼，怎麼解釋這種現象呢？作者表示，當小鼠剛剛開始學習某項任務時，它的大腦神經元的反應會很緩慢，甚至直到做出選擇時才會做出反應，但是隨著小鼠不斷的學習專業知識，這些大腦神經元的反應會更加敏捷，甚至可以提前對任務做出反應。
類似的，如果把小鼠換成人類，當我們還是菜鳥時，我們的大腦會做大量不同的事情，換句話說，我們的大腦神經元會同時參與其他活動，但是，當我們真正成為專家時，我們的大腦神經元就會很專業，也就是說，神經元會完全瞭解自己將要做的事情。
最後，該研究告訴我們，導師之所以可以稱為領域專家，這是來自於他以往的大量學習和研究經驗，那麼，怎樣才能實現從菜鳥轉為專家的變形記呢？
答案或許只有：學習！學習！再學習！
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參考文獻
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(19)30848-7
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