O大脑皮层的一个突出的谜题是单个神经元如何发展适当的突触连接来形成大规模的、分布式的网络。现在，一个国际科学家团队通过研究早期发育的视觉皮层的局部连接自发产生的活动模式，获得了新的见解。这些早期的活动模式为随后的长时间神经连接的发展提供了模板，而长时间神经连接是成熟分布式网络的决定性特征。

在一个最近出版的自然神经科学文章来自马克斯·普朗克佛罗里达神经科学研究所、法兰克福高级研究所、法兰克福歌德大学和明尼苏达大学的科学家们详细介绍了他们是如何调查雪貂的视觉皮层的，这是探索大脑皮层网络早期发展的理想模型系统。这些神经元由数千个神经元组成，分布在皮质表面的毫米以上。在视觉皮层中，网络活动编码了视觉场景的特定特征，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的神经活动模式，即在没有视觉刺激的情况下发生的活动模式。令他们非常惊讶的是，成熟动物的自发活动模式在遥远的神经元群之间高度相关——事实上，这种高度相关是如此之高，以至于少量神经元群的活动可以可靠地预测几毫米之外的一致网络活动模式，这些关联模式完美地预测了视觉刺激引起的网络活动模式。

在下一步研究中，研究人员利用这种自发的、视觉诱发的网络模式的显著对应关系，来找出这些网络是如何在未成熟的大脑中发展起来的。通过观察在睁开眼睛之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长期性皮层连接在未成熟的皮层中缺失。令他们惊讶的是，他们发现了在睁开眼睛之前相关自发活动的长期模式，并发现它们延伸的距离与成熟大脑中看到的相当。

面对这一悖论，研究人员首先考虑的是，相关的活动模式是否会像森林火灾一样，通过局部皮层连接链传播。为了验证这种有趣的可能性，科学家们建立了早期视觉皮层神经回路的计算模型。他们发现，通过使用一组与局部皮质连接组织一致的参数，该模型可以精确地再现他们在实验中观察到的自发的长期关联模式，而不需要长期连接。

综上所述，这些结果表明，早期发育的大脑皮层中的长程顺序源自由短期连接驱动的神经活动。换句话说，本地连接构建了一个网络活动脚手架。遵循广为接受的可塑性规则“一起激发的东西会连接在一起”，由局部连接介导的活动可以引导随后形成的远程网络连接。“放眼全球，局部行动”这句话的意思是，发展皮层神经回路在局部行动，以达到整体效果。未来的研究将验证基于局部皮质连接的指导性活动模式的活动依赖可塑性机制塑造长程连接结构的预测。

图片来源:sdecoret / Shutterstock

本文最初由马克斯·普朗克神经科学于2018年10月26日发表。相关研究可以检索在这里．

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