10、三离子模型模拟与高级皮层处理代码的探索

三离子模型模拟与高级皮层处理代码的探索

在科学领域中，探寻高等哺乳动物皮层短期记忆和信息处理所涉及的“代码”是一项极具挑战性和吸引力的任务。随着科技的发展，使用大型微电极阵列和光学染料技术进行皮层记录的实验取得了进展，为寻找这些代码提供了机会。不过，对这类数据进行互相关分析难度极大，因此新的理论模型与实验的紧密结合显得至关重要。

三离子模型的构建基础

尽管在神经网络建模方面已经付出了大量努力并取得了一定成果，但皮层处理能力和记忆存储能力的基础仍然是未解之谜。基于Mountcastle提出的新皮层柱状组织原则，我们构建了三离子模型。

Mountcastle认为，直径约500μm的皮层柱是皮层的基本网络，由不可再分的小处理子单元组成。这些子单元相互连接，形成具有复杂时空放电模式的网络。我们坚信，高等哺乳动物的复杂过程涉及复杂时空网络神经元放电模式的创建和转换，这与通常认为神经元异步放电且信息处理“代码”仅涉及高频放电神经元集合的假设不同。

在中枢神经系统中，根据信息处理的复杂程度和紧急程度，可能存在多种代码。例如，感知危险信息时需要立即做出反应，此时的警报代码可能是神经元群体的高速放电，以引发快速的运动反应；而在进行高水平的国际象棋对弈或创作、回忆莫扎特歌剧时，则需要极其精确、复杂的时空神经元过程。

我们认为，找到高级大脑功能代码的关键在于提供适当简单而复杂的刺激，并同时观察适当的空间和时间间隔，我们建议分别采用约100μm和50ms的尺度。

有越来越多的证据表明，皮层中存在约100μm的有组织空间结构和约50ms的时间尺度。Mountcastle曾提出直径约100μm的微柱空间尺度，我们也从解剖学、生理学和理论等方面提供了