Nature 揭秘神经细胞的“交友”规则

　　

生物通报道  来自巴塞尔大学的研究人员报道称，发现大脑中的神经元像一个社会网络一样连接在一起。每个神经细胞都与许多其他的神经细胞相连接，但只有少数彼此非常相似的细胞之间会建立最强有力的联系。这些研究结果发布在2月4日的《自然》（Nature）杂志上。

神经细胞形成了一个称作为突触的、令人困惑的连接网络——每个神经细胞有多达几千突触（延伸阅读：宋红军、明国丽夫妇Nature发表神经学重要发现）。然而并非所有的突触连接都是相同的。绝大多数的都是微弱连接，细胞只生成了非常少的一些强有力的连接。该研究小组的领导者Thomas Mrsic-Flogel教授说：“我们想知道，是否有一些规则可以解释在由数百万神经元所构成的复杂的网络中神经元之间的连接机制。结果表明其中一个规则非常简单。即志同道合则强有力地连接，彼此行为极其不同的神经元则微弱连接或根本不连接。

亲密朋友之间强有力的联系

研究人员将焦点放在了大脑皮质的视觉区——其负责接收来自眼睛的信息并生成视知觉。大脑这一区域中的神经元可对特异的视觉模式做出响应，但要解开哪些细胞通过突触相互连接却是个难题，因为有成千上万的细胞紧密聚集在一起（接近于100.000个细胞/立方毫米）。

结合高分辨率成像和敏感的电子测量技术，研究人员发现邻近神经元之间就像一个社会网络一样组织连接到了一起。Facebook一类的网站使得我们能够与大量的相识者保持联系，但大多数人则都拥有一个更小的密友圈子。这些朋友通常与我们具有最多的共同点，相比于其他人他们的意见对我们而言更为重要。

Mrsic-Flogel：“大脑中的微弱接触影响很小，尽管它们占据大多数。具有相似功能的神经元之间所建立的少数强有力的连接会对它们伙伴的活性造成最强有力的影响。这可以帮助它们协同作用来放大来自外部世界的信息。”

微弱连接可能对于学习有重要影响

那么神经元之间为何要共享如此大量的微弱连接呢？研究的主要作者之一Lee Cossell博士说：“我们认为这有可能与学习有关系。如果神经元需要改变它们的行为，就可以增强已经存在的微弱连接，这或许确保了大脑中的快速可塑性。”因此，大脑可以迅速地适应环境的变化。

这项研究是全球致力于通过绘制大脑的连接图，来阐明大脑生成感觉、思维和行为所付诸的研究努力的一个组成部分。“它揭示出了神经元网络是如何共同相互作用来处理信息的。了解神经元的连接机制将为构建出对大脑的详细计算机模拟铺平道路。探究神经元连接机制的研究对于了解神经系统疾病也具有重要的意义。如果我们知道大脑中的连接模式是什么样子，那么我们就可以开始阐明诸如在精神分裂症或自闭症中当出现错误之时所发生的事件，”Mrsic-Flogel说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Functional organization of excitatory synaptic strength in primary visual cortex

The strength of synaptic connections fundamentally determines how neurons influence each other’s firing. Excitatory connection amplitudes between pairs of cortical neurons vary over two orders of magnitude, comprising only very few strong connections among many weaker ones1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Although this highly skewed distribution of connection strengths is observed in diverse cortical areas1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, its functional significance remains unknown: it is not clear how connection strength relates to neuronal response properties, nor how strong and weak inputs contribute to information processing in local microcircuits. Here we reveal that the strength of connections between layer 2/3 (L2/3) pyramidal neurons in mouse primary visual cortex (V1) obeys a simple rule—the few strong connections occur between neurons with most correlated responses……