不成熟大脑中惊人的网络活动

大脑皮层的一个突出谜团是，单个神经元如何形成适当的突触连接，从而形成大规模的分布式网络。现在，一个国际科学家小组，包括来自歌德大学和FIAS的研究人员，从早期发育的视觉皮层的局部网络的自发活动模式中获得了新的见解。显然，这些形成了在皮层发育期间通过大脑活动建立的长距离神经连接的基础。

现在，正如发表在《自然神经科学》杂志上的那样，来自马克斯普朗克佛罗里达神经科学研究所、法兰克福高等研究院、法兰克福歌德大学和明尼苏达大学的科学家研究了雪貂的视觉皮层，这是一个理想的探索模型系统。皮质的早期发育。它们由数千个神经元组成，分布在以毫米为单位的皮层表面。在视觉皮层中，网络活动对视觉场景的特定特征进行编码，例如边缘的方向和物体运动的方向。

利用钙成像技术，科学家可以以前所未有的分辨率可视化自发活动模式，即不是由视觉输入产生的模式。令他们惊讶的是，自发活动模式在遥远的神经元群之间高度相关——事实上，高度相关到小群体神经元的活动可以可靠地预测毫米距离的重叠网络活动模式，这些相关模式可以漂亮地预测视觉刺激引起的网络活动模式。

在他们的下一步中，研究人员利用自发和视觉诱发的网络模式之间的这种非凡的对应关系，来找出未成熟大脑中网络的相互作用。通过观察眼前自发活动模式的状态，他们期望看到自发活动模式的显著差异，因为被认为是分布式网络活动模式基础的远程皮层与不成熟的皮层相连。令他们惊讶的是，他们发现在他们睁开眼睛之前，相关自发活动的强大远程模式，并发现它们延伸到成熟大脑中的那些模式。

面对这一悖论，研究人员首先考虑了相关的活动模式是否可以通过局部皮层连接链传播，类似于森林火灾。为了测试这种有趣的可能性，歌德大学计算机科学教授兼法兰克福(FIAS)高级研究所研究员Matthias Kaschube和他的博士生Bettina Hein建立了早期视觉皮层神经回路的计算模型。他们发现，通过使用一组与当地皮质结缔组织一致的参数，该模型可以准确地再现他们在实验中观察到的无远程连接的自发远程相关模式。

总之，这些结果表明早期发育皮层中的长程有序来自于短程连接驱动的神经活动。换句话说，本地连接建立了网络活动支持。遵循公认的“把线连在一起”的可塑性规则，由本地连接介导的活动可以指导远程网络连接的后续形成。在频繁使用的短语“全球思考，局部行动”的交替中，皮层回路的发展在局部工作以实现全球效应。未来的研究将根据局部皮层连接导出的指导性活动模式来检验活动依赖的可塑性机制，以预测远程连接结构的形状。

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