网络是如何形成的:绘制大脑发育的图表
如何构建比目前已知的任何东西都复杂的神经元网络?位于德国法兰克福的马克斯·普朗克大脑研究所的研究人员绘制了抑制性神经元电路的发展图，并报告了独特的电路形成原理的发现。他们的发现使科学家能够监测神经元网络结构随时间的变化，捕捉个体成长和适应环境的时刻。
研究人员开始更好地理解神经网络存在于人类和动物的大脑中。但是，这种精确而复杂的神经元电路最初是如何建立起来的呢?我们知道神经元如何诞生，如何到达灰质中的位置，如何生长和分化。但是数以万亿计的突触——神经元通过这些复杂的接触点“通过对话来教导其他神经元”——通常在高度精确的位置展开，从而形成我们的大脑网络，它们是如何展开的，又遵循什么规则?在今天发表的研究中科学马普中心主任莫里茨·赫尔姆施塔特(Moritz Helmstaedter)领导的团队分析了13个来自不同发育阶段小鼠皮层的三维数据集:出生后，与婴儿、儿童、青少年和青年时期相当的时间点。他们使用“连接组学”的方法绘制出大脑皮层灰质中发现的神经元电路，大部分大脑突触都位于那里。通过关注一种被称为中间神经元的神经细胞的突触，他们能够追踪这些特定类型的神经细胞选择突触伙伴的发展。众所周知，中间神经元以高度特定的方式抑制其他神经元的活动。
“令人惊讶的是，不同类型的中间神经元遵循非常不同的时间过程来建立它们最喜欢的突触伙伴。有些人能够在与婴儿大脑相对应的第一个被研究的电路阶段，以成年人的偏好支配他们的突触目标。当第一个化学突触在皮层灰质中形成时，这种情况立即发生。另一些则显示出目标选择的急剧改善，这很可能是由于移除了不正确放置的突触造成的，”该系博士生、本研究的第一作者Anjali Gour解释说。
之前的研究发现，在大脑的某些部位，发育不仅包括新突触的产生，还需要去除突触突触也一样。然而，突触去除(或修剪)对抑制回路的形成具有精确和高度特异性的功能，这一发现是一个重大的惊喜。研究人员还发现，一种主要的中间神经元，即所谓的吊灯神经元，被认为只在大脑中完全建立早期的青春期，显示出比以前已知的突触伙伴结构更早、更系统的神经支配。
尽管连接体的映射是一种“快照”技术，但这些见解是可能的:神经元网络可以在脑组织的活组织检查中测量，但不能在同一块脑组织中随着时间的推移进一步跟踪大脑．相反，需要对不同的大脑进行许多测量。Gour说:“我们仍然能够从这些数据中提取出清晰的发育轮廓，这说明了连接组数据中存在的信息密度。”她补充说:“我没有预料到我们会在大脑中发现如此清晰的电路模式，而这些模式仍在开发中。”
神经网络形成的发育过程及其可能的破坏被认为是一些主要精神障碍的主要原因，研究的一个特别焦点已经确定了抑制回路对这些功能障碍的贡献。因此，准确而详细地了解抑制回路是对此类疾病进行针对性分析和可能的干扰的前提。“我们希望能够更精确地绘制正常和中断的地图网络皮层形成电路以了解精神疾病的可能变化，并可能确定连接疾病的表型，”Helmstaedter说。
研究人员在论文中报告的内容对应于“连接组筛选”，这是由于最近实现的连接组方法的高通量而成为可能。“我们希望这种方法能像基因筛查一样广泛应用:研究大量正常和患病情况下的神经元网络结构，以了解哺乳动物大脑中发现的变化和共性。”
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