Y你可能听到普通人只有10％的大脑使用的神话。这是一个诱人的谎言，因为它表明我们可能比我们更重要。科幻电影喜欢无限的和露西，谁的主人通过进入潜在的心理能力获得超级人体能力，利用了神话。另一方面，神经科学家长期厌恶它。八十年的研究证实，大脑的每一部分都在一天的过程中活跃。拯救那些遭受严重脑损伤的人，我们一直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。
N神经元通过被称为尖波的电脉冲进行交流。20世纪30年代，科学家们开始用植入大脑的小金属电极记录单个神经元的峰值。他们观察到神经元的活动频率为每秒几十到几百个尖峰，每个尖峰持续几毫秒。1大脑似乎在嗡嗡地交流着。然后，在1968年对微电极技术的回顾中，生物医学工程师大卫·罗宾逊(David Robinson)揭示了一个重要的差异。当电极进入大脑时，它们应该能检测到靠近的任何细胞的活动。在一个典型的编码中，理论上这相当于大约200个细胞。然而，研究人员很幸运地记录了每个电极插入5个细胞。其余的神经元在哪里?
许多人对这些担忧置之不理——低发现率可能是由于电极造成的组织损伤，或者是因为记录是在动物被麻醉时录制的。但30年后，当研究人员开始从细胞内部进行艰苦的记录时，罗宾逊的见解得到了证实。１－３他们发现，皮质穗中的大多数神经元远低于常见报告的每秒10-100次尖峰，并且这些高利率仅描述了最活跃的3至20％的细胞。事实证明，科学家长期未能从大脑中的大多数神经元记录，只是因为他们缺乏检测它们的方法。
一小部分神经元的频率比其他人繁多。
今天，我们知道大量的皮层神经元是“沉默的”。它们很少出现峰值，有些甚至根本没有峰值。由于研究人员只能从人脑内部获取非常有限的记录(例如，从准备脑外科手术的病人那里)，他们已经根据大脑的葡萄糖消耗来估计活动率。人脑只占人体总重量的不到2%，却消耗了20%的卡路里，也就是每天3根香蕉所能提供的能量。考虑到峰值需要大量能量，这是非常低的。考虑到单个脉冲的能量消耗和大脑中神经元的数量，平均每个神经元的脉冲必须小于每秒一次。4然而，在人类病人身上记录的细胞通常每秒发射数十到数百次，这表明一小部分神经元消耗了分配给大脑的大部分能量。其余的神经元可能每分钟发射几次或更少。这种能量平衡限制了大脑皮层一次可以被激活的程度:总的来说，不超过1%的神经元可以被激活。这也许可以解释为什么我们的注意力范围如此有限——我们的大脑只能为任何给定的感知分配这么多的峰值。
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密码，在过去的100年里，神经科学家一直在试图破解它。
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物项是一个天文数字，远远大于宇宙中原子的数量，也超过了一个人一生所能经历的数量。但它也需要高活动率和令人望而却步的能量平衡，因为许多神经元需要同时处于活跃状态。第二种策略称为“祖母”代码，因为它意味着存在一个只针对“祖母”峰值的细胞，它要简单得多。经验中的每个物体都可以用神经元来表示，就像键盘上的每个键代表一个字母一样。由于绝大多数已知对象都没有参与到给定的思想或体验中，所以这种模式具有峰值效率，大多数神经元在大多数时间都处于休眠状态。但是大脑只能代表它有多少神经元就能代表多少概念。
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。
稀疏的编码策略解释了为什么一些神经元尖峰非常罕见：它们编码非常具体的信息。但它并没有解释为什么小人群的神经元频率比其他人频繁地发射数百或数千次。这可以部分地，但不完全，通过细胞类型的多样性 - 一些神经元课程只是刺激比其他级别更刺破。但即使是兴奋性细胞，最常见的神经元类，存在戏剧性的不平衡。这种差异可能代表两种单独的编码策略：一个小型，活跃的人口可能会对实现更直接的反应来实现快速的“最佳猜测”，而安静的人群将其改进成为特定的感知。想想一切时你以为你抓住了一个不祥的身影从你眼中的角落里，只是意识到这是一个衣帽架。
安静的神经元可能正在做出更多的炼油观念。虽然它们不经常飙升，但我们从细胞内记录中知道它们仍然从其他神经元接收输入，这导致其膜电压波动。这些波动和尖峰的总和构成了通常称为脑波的内容。在过去的15年里，科学家已经开始积累这些脑波在信息处理中发挥积极作用，在例如增强他人的同时旋转一些神经输入，或改变尖峰的时机。这表明尖峰不是大脑中唯一的信息携带信号，而且反过来，“无活性”神经元表现得比似乎更多。
除了塑造高峰值神经元的输出外，这些安静的神经元可能是学习和恢复的“储备池”。失去一根胡须的老鼠对剩下的胡须更加敏感，因为与触摸相关的皮层区域的神经元会重新连接，接收来自剩余胡须的输入。当科学家记录老鼠修剪胡须前后的神经活动时，他们发现是那些不太活跃的神经元对多余的胡须更加敏感。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。
凯利·克兰西(Kelly Clancy)在瑞士巴塞尔大学(University of Basel)从事神经科学博士后研究。此前，她作为一名天文学家漫游世界，并在土库曼斯坦的和平队(Peace Corps)服务。她因设计无药物脑疗法而获得2014年再生创新奖。
参考文献
1. Shoham，S.，O'Connor，D.H.，＆Segev，R.大脑是多么沉默：神经科学中有一个“暗物质”问题？比较生理学杂志192.，777-784（2006）。
2.Henze,地方检察官。et al。体内海马细胞外记录预测的细胞内特征。神经生理学杂志84.，390-400（2000）。
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4.皮质计算的成本。目前的生物学13., 493 - 497(2003)。
5. Olshausen，B.A.＆领域，d.j.我们如何理解v1？神经计算17., 1665 - 1699(2005)。
6. Olshausen，B.A.＆领域，d.j.通过学习自然图像稀疏代码来出现简单细胞接受场特性。自然381., 607 - 609(1996)。
7.自然场景的“独立成分”是边缘过滤器。视觉研究37.，3327-3338（1997）。
8. Margolis，D.J.et al。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)。
