自然:迄今最大脑皮层神经网络研究成果 数千神元数百万突触

旅行家

作者：R. Clay Reid

来源：《自然》

发布时间：2016/4/5 16:03:56

迄今最大脑皮层神经网络研究成果发布  数千神经元数百万突触连接

解剖学和兴奋的网络功能，在视觉皮层（Anatomy and function of an excitatory network in the visual cortex）
在大脑皮质电路由数以千计的神经元，数以百万计的突触连接。（Circuits in the cerebral cortex consist of thousands of neurons connected by millions of synapses.）



    结合高通量功能成像技术制作的皮层神经元网络，达到单细胞的分辨率，其中每一根“线”及它们之间的连接都能看见，一些神经元根据它们在活脑中的活动方式被编成不同颜色。这也是功能连接组学上的最新样本。

据美国艾伦脑科学研究所消息，由该所和哈佛医学院（HMS）、弗兰德斯神经电子学研究所科学家（NERF）共同组成的国际研究团队，在本周出版的《自然》杂志上发表了迄今最大的脑皮层神经元连接网络研究报告，揭示了脑网络组织中的一些关键因素。

脑皮层是对外界信息进行高级处理的地方，最简单的神经网络也包含了数百万个连接，研究这些巨大的网络是理解大脑如何工作的关键。研究工作从识别小鼠视觉皮层的神经元开始，然后制作超薄脑切片，对目标细胞和突触拍摄大量图像，重建了三维图，跟踪各个神经元定位它们之间的连接。

分析这些数据产生了许多成果，包括首个支持以往观点的直接结构证据：那些执行相似任务的神经元之间，比执行不同任务的更容易形成连接，而且执行相似任务的神经元连接更多。

NERF首席研究员温森特·博宁说：“我们首次发现了一些解剖证据，在皮层网络中存在模块化结构，神经元之间存在支持特定功能连接的结构基础。我们的方法能确定神经回路的组织原则。现在我们打算找到皮层连接的基本图案，作为大脑网络功能的结构单元。”

这一脑网络计划开始于近10年前。艾伦脑科学研究所高级研究员克雷·雷德说，这些成果是该计划的一个高潮。他们用了高通量技术，收集了多个关于脑活动和脑连线的大数据库。研究在规模和细节上都达到前所未有的程度。同时他们也学到了大量脑网络方面的知识，可帮助掌握脑结构与功能间的关系。

研究数据即将放到网上，与其他研究人员共享。论文第一作者、HMS神经生物学博士李韦忠（音译）说：“虽然这是整个研究中的一个里程碑，但它只是开始。通过发现脑回路、神经元和网络计算之间的关系，现在我们有了可以对大脑逆向工程的工具。”（常丽君）

http://www.nature.com/nature/jou ... ll/nature17192.html



http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/201645163561539107.shtm

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Nature：研究发表迄今为止最大的皮质神经元网络

来源：渐冻人尘雾 生物谷 2016-03-31 10:46

2016年3月31日/生物谷BIOON/--最简单的大脑神经元网络也由数以百万计的连接组成，而研究这些巨大的网络对于理解大脑如何工作是至关重要的。在最新发表于《Nature》期刊的研究中，艾伦脑科学研究所R. Clay Reid、哈佛医学院Wei Chung Allen Lee和NERF （Neuro-Electronics Research Flanders）Vincent Bonin领导的国际研究团队发表了迄今为止最大的皮质神经元连接网络，揭示了大脑网络如何组织的数个关键元素。

"这是一项近10年前开始的研究项目的一个顶点。大脑网络太大而且太复杂，难以零散理解，所以我们使用高通量技术来收集大脑活动和大脑连线的巨大数据集"艾伦脑科学研究所资深研究员R. Clay Reid博士说，"但我们发现，这种努力是绝对值得的，我们正在了解大量关于大脑网络结构（的知识），并最终理解大脑结构如何与其功能相关联"。

"虽然这项研究具有里程碑意义，但它只是个开始"论文领导作者、哈佛医学院神经生物学讲师Wei-Chung Lee博士说，"通过发现回路连线、神经元和网络计算之间的关系，我们现在拥有了从事大脑逆向工程的工具。"

"数十年来，研究者们孤立地研究了大脑活动和大脑连线，（但）无法将二者联系起来"NERF首席研究员Vincent Bonin说，"我们的研究以前所未有的细节将两个方面桥接起来，将神经元中的电活动与神经元之间纳米级的突触连接相联系。"

"我们已经找到了一些皮质网络中模块架构的最初解剖学证据，以及神经元之间功能特定连通性的结构基础"Lee补充道，"我们使用的方法允许我们定义神经回路的组织原则。我们现在准备发现皮质连通性结构单元（cortical connectivity motifs），这可能作为脑网络功能的构建模块"。

Lee和Bonin通过识别小鼠视觉皮质中的神经元开始他们的研究。这些神经元会对特别的视觉刺激做出反应，比如屏幕上的垂直或水平条。Lee随后制成超薄大脑切片并捕获数以百万计这些标的细胞和突触的详细图像，然后进行三维重建。美国东西海岸的两个团队同时追踪单个神经元通过该三维图像堆栈并定位单个神经元之间的连接。

对这些丰富数据的分析获得了一些结果，包括支持如下想法的首个直接结构证据：与执行不同任务的神经元相比，执行相似任务的神经元更容易彼此连接。此外，这些连接更大，尽管它们与许多其他执行完全不同功能的神经元缠结（在一起）。

"这项研究的独特之处是将功能成像与精细显微镜检查相结合" Reid说，"微观数据具有前所未有的规模和细节。我们获得一些非常强大的知识，首次了解一种特定神经元所执行的功能，然后看到它如何与从事相似或不同工作的神经元连接。"

"这就像一个演奏者们坐在随机席位的交响乐团"Reid说，"如果你只听附近几个音乐家的演奏，那是没有意义的。（但是）通过倾听所有人的演奏，你将理解所演奏的乐曲，它实际上变得更简单。如果你询问每个音乐家听谁的（指挥），你甚至可能理解他们如何创造乐曲。没有指挥者，所以乐团需要沟通交流。"

该研究的数据可在线获得，供其他研究人员进行调查。艾伦脑科学研究所、贝勒医学院和普林斯顿大学的一个IARPA合同项目也将使用这种组合方法，寻求将这些方法扩展到更大的大脑组织部分中。（生物谷Bioon.com）



http://news.bioon.com/article/6680940.html