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发展神经元在当地采取行动以实现全球发展

大脑皮层的突出奥秘之一是单个神经元如何形成适当的突触连接以形成大规模的分布式网络。现在,一个国际科学家团队通过研究在早期发育的视觉皮层中自发产生的活动模式产生了新颖的见解,这些活动模式是由局部连接引起的。这些早期活动模式充当远程神经连接的后续开发的模板,而远程神经连接是成熟的分布式网络的定义特征。

在最近发表的《自然神经科学》文章中,佛罗里达州马克斯·普朗克神经科学研究所,法兰克福高级研究所,歌德大学和明尼苏达大学的科学家详细介绍了他们如何研究雪貂的视觉皮层,这是一种理想的模型系统。探索皮层网络的早期发展。它们由成千上万的神经元组成,分布在毫米级的皮质表面上。在视觉皮层中,网络活动会编码视觉场景的特定特征,例如边缘的方向和物体运动的方向。

通过使用钙成像技术,科学家们能够以前所未有的分辨率可视化自发神经活动模式,即在没有视觉刺激的情况下发生的活动模式。令他们惊讶的是,成熟动物的自发活动模式与远处的神经元之间高度相关,实际上,它们之间的相关性非常高,以至于少数神经元的活动可以可靠地预测数毫米之外的重合网络活动模式,而这些相关模式很好地预测了视觉刺激引起的网络活动模式。

在下一步中,研究人员使用这种自发的和视觉诱发的网络模式的显着对应关系,来发现这些网络在未成熟大脑中如何发育。通过观察睁开眼睛之前的自发活动模式的状态,他们期望看到自发活动模式的显着差异,因为在远距离皮质连接中被认为是分布式网络活动模式的基础。皮质不成熟。令他们惊讶的是,他们发现了睁眼之前相关自发活动的强大远距离模式,并发现它们延伸的距离与成熟大脑所见的距离相当。

面对这种悖论,研究人员首先考虑了相关活动模式是否可以通过局部皮层连接链传播,类似于森林大火。为了测试这种有趣的可能性,科学家建立了早期视觉皮层中神经回路的计算模型。他们发现,通过使用与局部皮质连接的组织一致的一组参数,该模型可以精确地重现他们通过实验观察到的自发远程关联的模式,而无需进行远程连接。

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