即便是大腦中最簡(jiǎn)單的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)也是由數(shù)百萬(wàn)的連接所構(gòu)成，探究這些龐大的網(wǎng)絡(luò)對(duì)了解大腦的運(yùn)作機(jī)制至關(guān)重要。

　　由艾倫腦科學(xué)研究所、哈佛醫(yī)學(xué)院和Flanders神經(jīng)電子學(xué)研究中心(NERF)的R. Clay Reid、Wei Chung Allen Lee和Vincent Bonin領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際小組，發(fā)布了迄今為止最大的大腦皮層神經(jīng)元連接網(wǎng)絡(luò)，揭示出了有關(guān)大腦中網(wǎng)絡(luò)組織機(jī)制的幾個(gè)關(guān)鍵要素。他們的研究結(jié)果發(fā)布在3月28日的《自然》（Nature）雜志上。

　　艾倫腦科學(xué)研究所資深研究員R. Clay Reid博士說(shuō)：“這是近十年前啟動(dòng)的一個(gè)研究項(xiàng)目的一次高潮。大腦網(wǎng)絡(luò)太大、太復(fù)雜無(wú)法零碎地了解，因此我們利用了一些高通量技術(shù)來(lái)收集大腦活動(dòng)和大腦布線的龐大數(shù)據(jù)集。我們發(fā)現(xiàn)這一努力是絕對(duì)值得的，我們正在了解有關(guān)大腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及最終大腦結(jié)構(gòu)如何與功能關(guān)聯(lián)的豐富信息。”

　　論文的主要作者、哈佛醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)講師Wei-Chung Lee博士說(shuō)：“盡管這項(xiàng)研究是研究工作實(shí)質(zhì)性章節(jié)中一個(gè)具有里程碑意義的時(shí)刻，這僅僅是個(gè)開(kāi)始。通過(guò)發(fā)現(xiàn)回路布線和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)計(jì)算之間的關(guān)系，我們現(xiàn)在擁有了一些工具來(lái)著手對(duì)大腦實(shí)施逆向工程。”

　　Flanders神經(jīng)電子學(xué)研究中心項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Vincent Bonin說(shuō)：“數(shù)十年來(lái)，研究人員一直在孤立地研究大腦活動(dòng)和布線。我們所取得的成果就是以前所未有的細(xì)節(jié)為這兩個(gè)領(lǐng)域架起橋梁，將神經(jīng)電活動(dòng)與它們彼此之間的納米級(jí)突觸連接聯(lián)系起來(lái)。”

　　Lee補(bǔ)充說(shuō)：“我們已在大腦皮層網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)了模塊結(jié)構(gòu)的首批解剖學(xué)證據(jù)，以及神經(jīng)元間功能特異性連接的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。我們采用的方法使得我們能夠定義神經(jīng)回路的組織原理。我們現(xiàn)正在做好了準(zhǔn)備去發(fā)現(xiàn)大腦皮質(zhì)連接模體（motif），它們有可能是大腦皮層網(wǎng)絡(luò)功能的基本構(gòu)件。”

　　Lee和Bonin首先在小鼠視覺(jué)皮層中鑒別了響應(yīng)特殊視覺(jué)刺激，例如屏幕上的豎條或橫條的神經(jīng)元。Lee隨后制作了超薄腦切片，捕獲了這些目標(biāo)細(xì)胞和突觸數(shù)百萬(wàn)張?jiān)敿?xì)的圖像，隨后進(jìn)行了三維重建。美國(guó)兩海岸的注釋者團(tuán)隊(duì)同時(shí)通過(guò)一些3D圖像追蹤了單個(gè)神經(jīng)元，并定位了單個(gè)神經(jīng)元之間的連接。

　　分析這些豐富的數(shù)據(jù)生成了一些結(jié)果，包括第一個(gè)直接的結(jié)構(gòu)證據(jù)支持這一觀點(diǎn)：完成相似任務(wù)的神經(jīng)元比執(zhí)行不同任務(wù)的神經(jīng)元更有可能彼此連接。并且，盡管與執(zhí)行完全不同功能的許多其他神經(jīng)元纏結(jié)在一起，這些連接更大。

　　Reid 說(shuō)：這項(xiàng)研究獨(dú)特的組成部分是結(jié)合了功能成像和詳細(xì)的顯微鏡學(xué)。這些微觀數(shù)據(jù)達(dá)到了前所未有的規(guī)模和細(xì)節(jié)。我們通過(guò)首先了解了特定神經(jīng)元的功能獲得了一些非常強(qiáng)大的知識(shí)，隨后觀察了它是如何連接完成相似或不同工作的神經(jīng)元的。”

　　Reid說(shuō)：這就像一個(gè)樂(lè)手隨機(jī)就坐的交響樂(lè)團(tuán)。如果你只聽(tīng)附近的一些音樂(lè)家，這沒(méi)有意義。通過(guò)聽(tīng)每一個(gè)人，你將會(huì)理解音樂(lè)；它實(shí)際變得更加簡(jiǎn)單了。如果隨后你去問(wèn)詢每個(gè)音樂(lè)家都聽(tīng)誰(shuí)的，或許你甚至可以搞清楚他們是如何創(chuàng)作音樂(lè)的。這里沒(méi)有指揮，因此管弦樂(lè)團(tuán)需要進(jìn)行溝通。