宇宙学思维与神经科学在大脑连接的新理论中相遇
在从事了探索宇宙奥秘的职业后，詹尼利亚研究校园的一位资深科学家现在正在探索人类大脑的奥秘，并对脑细胞之间的联系提出了新的见解。
Tirthabir Biswas在2018年休假时来到Janelia，当时他是一名成功的理论高能物理学家。比斯瓦斯仍然喜欢研究关于宇宙的问题，但这个领域已经失去了一些兴奋感，许多重大问题已经得到了解答。
菲茨杰拉德实验室的比斯瓦斯说:“今天的神经科学有点像一百年前的物理学，当时物理学有这么多数据，他们不知道发生了什么，这很令人兴奋。”“神经科学中有大量的信息和数据，他们了解一些特定的大回路，但仍然没有一个全面的理论理解，有机会做出贡献。”
神经科学中最大的悬而未决的问题之一是大脑细胞．有比这多几百倍的连接人类的大脑比银河系里的星星还要多，但哪些脑细胞是相连的，为什么相连仍然是个谜。这限制了科学家精确治疗的能力心理健康问题并开发更精确的人工智能。
开发一个数学理论当Tirthabir Biswas到达Janelia小组的实验室时，小组负责人James Fitzgerald首先提出了一个问题，即更好地理解这些联系。
菲茨杰拉德出城几天，比斯瓦斯拿着笔和纸坐下来，利用他在高维几何方面的背景思考这个问题——这与神经科学家的方法不同，神经科学家通常依靠微积分和代数来解决数学问题。几天之内，比斯瓦斯对解决方案有了一个重要的见解，菲茨杰拉德一回来就找到了他。
比斯瓦斯回忆道:“这似乎是一个非常困难的问题，所以如果我说，‘我已经解决了这个问题’，他可能会认为我疯了。”“但我还是决定说出来。”菲茨杰拉德最初持怀疑态度，但当比斯瓦斯完成他的作品布局后，他们都意识到他在研究一些重要的东西。
菲茨杰拉德说:“他对这些网络的工作原理有一个人们以前没有过的深刻见解。”“这种洞察力是由跨学科思维实现的。这种洞察力是他的灵光一闪，因为他的思考方式，它转化为他以前从未研究过的新问题。”
比斯瓦斯的想法帮助该团队开发了一种识别脑细胞之间基本联系的新方法，该方法于6月29日发表在物理评论研究．通过分析神经网络——模拟脑细胞及其连接的数学模型——他们能够发现大脑中的某些连接可能比其他连接更重要。
具体来说，他们观察了这些网络是如何将输入转化为输出的。例如，输入可以是眼睛检测到的信号，输出可以是由此产生的大脑活动。他们观察了哪些连接模式会导致相同的输入输出转换。
不出所料，每个输入输出组合都有无限个可能的连接。但他们也发现，每个模型中都出现了特定的连接，这让研究团队认为，这些必要的连接可能存在于真实的大脑中。如果能更好地理解哪些连接比其他连接更重要，就能更好地了解大脑中真正的神经网络是如何执行计算的。
下一步是由实验神经科学家来测试这个新的数学理论，看看它是否可以用来预测大脑中正在发生的事情。该理论直接应用于Janelia绘制苍蝇大脑连接组的工作，并记录斑马鱼幼虫的大脑活动。找出其中潜在的理论原理小动物可以用来了解人类大脑的连接，在那里记录这种活动还不可行。
菲茨杰拉德说:“我们试图做的是提出一些理论方法来理解什么才是真正重要的，并利用这些简单的大脑来检验这些理论。”“当它们在简单的大脑中得到验证时，一般理论可以用来思考如何大脑计算工作在更大的大脑中。”
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