eLife：发育中的神经元如何构建“微型计算机”

荷兰神经科学研究所(NIN)的一项新研究表明，神经元在生命早期就建立了“迷你计算机”，使大脑具有强大的计算能力。

　　

一项新的小鼠研究荷兰神经科学研究所(NIN)揭示了神经元在生命早期就建立了“微型计算机”，使大脑具有强大的计算能力。

建立一个功能性的大脑需要神经元回路以高特异性连接起来。这个系统的关键角色是神经元的分支延伸，称为树突，它处理和整合从其他神经元接收到的信息。以前，计算神经科学家提出树突可以在一个细胞内的许多单独片段中局部计算信息。这种“计算亚单位”或“微型计算机”将极大地提高神经元的计算能力。然而，在发育过程中，神经元是如何在活体大脑中连接这些微型计算机的，目前还不得而知。

但如果我们能在现实生活中观察到这些亚基的发展呢?在Christian Lohmann小组的一项新研究中，研究人员研究了年轻小鼠完整发育中的大脑中的计算亚基。他们确实发现树突或突触中的通讯点是根据它们传递的信息聚集在一起的。换句话说，传递相似信息的相邻突触聚集在树突区域。

生活记录

Christian Lohmann:“我们通过记录活老鼠皮层单个神经元树突的延时视频，得出了这一发现。有趣的是，这种分类在老鼠睁开眼睛之前就已经发生了，所以在它们接收视觉信息之前。在这里，我们证明相邻的突触经常是协同的。当突触彼此距离较远时，它们的协同性就较差。这种自发活动(大脑在睁开眼睛之前产生的活动)似乎足以将突触分类到域，从而可能建立计算亚单位。

但为什么这很重要呢?这项工作可以潜在地解释为什么发育中的某些错误会导致神经发育障碍。“为了进一步研究这一点，我们想要研究神经发育障碍的小鼠模型，看看突触的分类是否缺失或改变。这将支持这样一种观点，即成功地沿树突排列突触是健康大脑发育所必需的。”

这个问题的答案将帮助我们更好地理解我们的大脑是如何发育的，以及发育过程中的错误是如何损害大脑的计算能力的。它们还可能为设计生物学启发的人工神经网络提供新思路，用于高级信息处理，例如人工智能。Lohmann总结道:“对我来说，最令人着迷的事情是神经元是如何特异性地连接起来的，以及在不了解外部世界的情况下，这是多么早的可能。大脑能做到这一点真是太神奇了。”