聪明的人思考得更快吗？波黑和柏林夏里特大学的研究人员以及巴塞罗那的一位同事做出了一项令人惊讶的发现，智力得分较高的参与者在处理简单任务时只会更快，而他们解决难题的时间比智商得分较低的受试者长。在对650名参与者进行的个性化大脑模拟中，研究人员可以确定，大脑区域之间同步性降低的大脑在做出决策时会“下结论”，而不是等到上游大脑区域能够完成解决问题所需的处理步骤。事实上，得分较高的参与者的大脑模型也需要更多的时间来解决具有挑战性的任务，但错误较少。科学家们现在已经在《自然通讯》杂志上发表了他们的发现。
人类大脑中大约有1000亿个神经元。它们中的每一个都连接到估计1000个相邻或遥远的神经元。这种深不可测的网络是大脑惊人能力的关键，但也是为什么很难理解大脑是如何工作的。
Petra Ritter教授是柏林夏里特健康研究所和柏林夏里特医学大学神经病学和实验神经学系脑模拟科主任，他使用计算机模拟人脑。“我们想了解大脑的决策过程是如何工作的，以及为什么不同的人会做出不同的决定，”她在描述当前项目时说。
个性化大脑模型
为了模拟人脑的机制，Ritter和她的团队使用来自磁共振成像等脑部扫描的数字数据以及基于生物过程理论知识的数学模型。这最初会产生一个“通用”的人脑模型。然后，科学家们使用来自个人的数据改进这个模型，从而创建“个性化大脑模型”。
在本研究中，科学家们使用了人类连接体项目650名参与者的数据，该项目是美国的一项倡议，自2010年9月以来一直在研究人脑中的神经连接。Ritter解释道：“正是神经元正确的兴奋-抑制平衡影响了决策，并或多或少地使一个人能够解决问题。”。她的团队知道参与者在广泛的认知测试中的表现以及他们的智商得分。
人造大脑的行为与生物大脑相似
Ritter说：“我们可以非常有效地再现个体大脑的活动。我们发现，在这个过程中，这些计算机大脑的行为方式不同，与它们的生物对应物的行为方式相同。我们的虚拟化身与其生物类似物的智力表现和反应时间相匹配。”
有趣的是，人类和模型中“较慢”的大脑更同步，即在时间上彼此同步。这种更大的同步性使额叶的神经回路比协调性较差的大脑推迟决策的时间更长。这些模型揭示了时间协调的减少如何导致决策所需的信息在需要时既不可用，也不存储在工作记忆中。
收集证据需要时间，并产生正确的决策
静息状态功能核磁共振成像扫描显示，速度较慢的解算者大脑区域之间的平均功能连接或时间同步性较高。在对650名参与者的个性化大脑模拟中，研究人员可以确定，功能连接减少的大脑在做出决策时实际上是“下结论”，而不是等到上游大脑区域能够完成解决问题所需的处理步骤。
参与者被要求识别一系列模式中的逻辑规则。这些规则随着每一项任务的进行而变得越来越复杂，因此更难解读。在日常生活中，一项简单的任务包括在红灯时快速刹车，而一项艰巨的任务则需要有条不紊地在路线图上找出最佳路线。在该模型中，参与决策的不同神经组之间发生了所谓的赢家通吃竞争，其中有更有力证据的神经组占主导地位。然而，在复杂决策的情况下，这些证据往往不够清晰，无法快速做出决策，这实际上迫使神经组得出结论。
该研究的主要作者和里特实验室的科学家Michael Schirner解释道：“同步化，即大脑中功能网络的形成，改变了工作记忆的特性，从而改变了‘忍受’长时间没有决定的能力。在更具挑战性的任务中，你必须在探索其他解决方案路径的同时，将先前的进展存储在工作记忆中，然后将这些路径相互整合。为特定解决方案收集证据有时可能需要更长的时间，但也会带来更好的结果。我们能够使用该模型来显示整个大脑网络全局层面的兴奋-抑制平衡如何影响单个神经组更细粒度层面的决策和工作记忆。”
研究结果有助于制定治疗计划
Ritter很高兴在基于计算机的“大脑化身”中观察到的结果与在“真实”健康受试者中看到的结果相匹配。毕竟，她的主要兴趣是帮助患有痴呆症和帕金森病等神经退行性疾病的患者。“这项研究中使用的模拟技术已经取得了重大进展，可以用来改进外科手术和药物干预以及治疗性脑刺激的个性化计算机计划。例如，医生已经可以使用计算机模拟来评估哪种干预或药物对特定患者最有效，副作用最小。”
这项研究于5月23日发表在《自然通讯》杂志上。
DOI：10.1038/s41467-023-38626-y
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