稀疏 小但多样的神经连接有助于使感知可靠 高效

大脑的大脑皮层根据通过称为丘脑的区域提供的感觉信息产生知觉。

麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的 Elly Nedivi、William R. 和 Linda R. Young 教授说：“丘脑如何与大脑皮层交流是大脑如何解释世界的一个基本特征。”尽管丘脑输入对皮层很重要，但鉴于两个区域之间观察到的连接或“突触”相对缺乏，神经科学家一直在努力理解它如何运作得如此之好。

为了帮助缩小这一知识差距，Nedivi 在麻省理工学院内外组织了一项合作，以应用多种创新方法。在《自然神经科学》( Nature Neuroscience) 的一项新研究中，研究小组报告说，输入到皮质表层的丘脑不仅罕见，而且出奇地微弱，而且分布模式非常多样。尽管如此，它们仍然是聚合信息的可靠和有效代表，它们的多样性是这些优势的基础。

从本质上讲，通过仔细绘制小鼠视觉皮层 2/3 层 15 个神经元上的每个丘脑突触，然后模拟该输入如何影响每个神经元对视觉信息的处理，该团队发现丘脑突触的数量和排列存在很大差异使它们对视觉刺激特征具有不同的敏感度。因此，虽然单个神经元无法可靠地解释刺激的所有方面，但它们中的一小部分可以可靠而有效地组合在一起。

“看起来这种异质性不是一个错误，它是一种不仅提供成本效益的特征，而且还赋予扰动的灵活性和稳健性”，该研究的通讯作者，麻省理工学院生物和科学系教员 Nedivi 说。大脑和认知科学。

领导这项工作的 Nedivi 实验室的研究科学家 Aygul Balcioglu 补充说，这项研究为神经科学家创造了一种方法来跟踪细胞在输入发生时接收到的所有许多单独输入。

“数以千计的信息输入涌入一个脑细胞。然后脑细胞在将自己的反应传达给下一个脑细胞之前解释所有这些信息，”Balcioglu 说。“新鲜的是，我们感到兴奋的是，我们现在可以可靠地描述这些输入的身份和特征，因为不同的输入和特征将不同的信息传递给给定的脑细胞。我们的技术使我们能够在活体动物中描述单细胞的结构整合了什么样的信息。直到现在这是不可能的。”