來自倫敦大學(xué)威康信托基金會神經(jīng)科學(xué)學(xué)院的研究人員研發(fā)了一種新型技術(shù)，首次可以同時定位大腦中神經(jīng)元之間的連接，以及功能，這對于未來研發(fā)計算機模擬大腦具有重要意義。這一研究成果公布在Nature雜志上。

 

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是倫敦大學(xué)神經(jīng)科學(xué)學(xué)院Thomas D. Mrsic-Flogel博士，其研究組主要興趣在于大腦是如何編碼信息，如何從一個或多個神經(jīng)元上獲得的信息傳遞到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中。

 

神經(jīng)元以及神經(jīng)元之間的突觸連接是大腦執(zhí)行功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，位于大腦不同部位的神經(jīng)元往往執(zhí)行不同的功能。通過繪制這些突觸連接，我們可以明白大腦里的信息傳遞，認知、感覺、和思想產(chǎn)生的原理，以及老年癡呆、精神分裂癥、腦血栓等疾病下一些大腦功能失效的原因。但是目前繪制突觸連接是一項非常復(fù)雜的任務(wù)，而且學(xué)術(shù)界對于神經(jīng)突觸與神經(jīng)元功能的行使之間是相互獨立還是相互依賴的關(guān)系還一直存在爭論。

 

在這篇文章中，研究人員將體內(nèi)雙光子鈣成像方法，與全細胞記錄方法結(jié)合，通過計算機系統(tǒng)模擬大腦，了解神經(jīng)元之間的連接。他們將焦點聚集在視覺方法，研究人員分析了大鼠的視皮質(zhì)，這個區(qū)域的不同神經(jīng)元負責(zé)接受來自圖像中的不同細節(jié)，不同的細胞負責(zé)不同的細節(jié)加工。像人臉這樣復(fù)雜的圖像，則需要更高級的視神經(jīng)元進行識別整理，如果這些高級神經(jīng)元損壞，人們還能識別個別特征（例如：眼睛、鼻子），但對于復(fù)雜圖像（例如：人臉）將不能識別。

 

之后研究人員利用高分辨率的示蹤成像系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)突觸連接更傾向于在行使同一類功能的神經(jīng)元之間形成，具有相似刺激偏好的神經(jīng)元比那些具有不同偏好的神經(jīng)元能以更高速度連接。這說明兩者的關(guān)系是相互依賴的，存在專門處理相關(guān)感覺信息的精細的子網(wǎng)絡(luò)。

 

利用這一方面，研究人員希望能了解分別于腦部不同皮層的神經(jīng)元功能及其連接性，這樣就能研發(fā)出大腦連接電腦模型，揭示出支持不同感覺或運動功能的神經(jīng)回路在大腦中是怎樣構(gòu)建的。當(dāng)然由于人腦中存在上千億個神經(jīng)元，每個神經(jīng)元又與成千上萬的神經(jīng)元形成連接，因此要用計算機模擬出大腦是如何工作的并不容易，不是一兩年就能完成的，而且不僅需要不同領(lǐng)域的研究人員協(xié)同努力，還需要一臺超級計算機。