Cell解开数十年谜题：复杂大脑的简单法则

　　

生物通报道：科学家们通过分析果蝇蛹的大脑发育，解开了一个困扰神经学家数十年的谜题。这一成果发表在六月二十五日的Cell杂志上，有助于深入理解人类大脑的发育规则。

加州大学旧金山分校的Lani Wu教授、Steven Altschuler教授和柏林自由大学的Peter Robin Hiesinger教授领导团队研究了果蝇复杂的视觉系统（复眼）。他们发现，这个复杂神经系统的自我组织方式遵循着三条简单的规律。

大脑的神经连接看起来是非常复杂的，Altschuler说。令人惊讶的是，只需要三个简单的预编程法则，就可以建立起果蝇复眼和大脑之间的神经连接。（延伸阅读：Nature：复杂大脑中的简单数学）

研究人员使用高分辨率的双光子成像技术，跟踪了果蝇幼虫的视觉系统发育（25小时），获得了大量的延时成像图片。这些图片首次揭示了果蝇复眼和大脑之间发生的解剖学改变，精确展现了眼部轴突伸出并接入大脑回路的整个过程。随后，研究人员对这一过程进行了计算机模拟。

果蝇复眼与大脑的神经连接存在一个令人头疼的“神经重叠”问题。果蝇复眼由八百个小眼组成，跟我们的两个眼睛类似，相邻小眼看到的世界有一部分重叠，大脑必须将重叠的视觉信息结合起来。果蝇大脑需要处理八百次这样的重叠，应该是非常容易出错的，Altschuler说。果蝇幼虫究竟是如何在20小时内精确建立如此复杂的神经网络呢？这个问题困扰了神经学家数十年。

研究人员发现，来自眼部的轴突只需要三个步骤就能够找到自己的目标：1）形成支架：眼部轴突进入大脑，在目标周围建立稳定的晶格状结构。2）延伸：生长锥从轴突顶端伸出，寻找自己的目标。3）停止：生长锥到达正确靶点并且停止延伸。

这些发现说明，许多看起来复杂的生物学系统，可能是简单发育规则的产物，只是需要我们用正确的方法来破解。研究人员正在全面分析生长锥到达正确位置的潜在算法。他们也希望通过同样的方法，在更高等的动物中鉴定到简单的发育规则，比如说小鼠。

 

生物通编辑：叶予

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