基本的神经处理单元瓷砖老鼠的大脑

一个六角晶格组织大脑皮层的主要细胞类型,日本研究人员发现。模式重复整个大脑,具有类似的微柱凝集细胞同步它们的活动,这可能代表一个基本计算单元在大脑中。

大脑皮层,复杂的结构,涵盖了大部分的哺乳动物大脑像一个表和控制电机动作,语言,和传感,不仅仅是一个纠结的灰色和白色物质。精确布线连接皮质,但定期重复的模块可以构成神经信息处理brain-wide并没有被观察到。“我们认为我们已经找到一个功能单位的皮层,重复“处理器”在大脑的计算是分布式的,像在并行计算机,“说行长Hosoya理研脑科学研究所的研究小组领导人。他的团队的研究中,超过10年,发表在科学11月3日。

“大脑中列的概念不是全新的,”观察Hosoya,指方向和眼优势列在视觉皮层的猴子和猫。“如果有什么是新的政策,那就是找到跨多个脑区神经元组织在列。我们的结果表明,相同的功能单元构成非常不同类型的大脑功能,从感官知觉到电机控制。”

脑成像技术的进步促进了微柱凝集的识别。大约每40微米,重复这样的小列可能是错过了,因为大脑的实验方式处理。“大脑切片的角和厚度很重要,甚至一个列的方向可以改变在一个片,这可能是他们没有注意到的原因,“Hosoya说。使用三维解剖方法,包括细胞类型特异的标记、双光子成像和研究者发现列排列六角第五层的皮质。这是一个主要的输出层与两个不同的锥体细胞较大,稀疏,容易标记。微柱凝集只包含一种或另一种细胞类型,和神经活动在每个列也是同步的。Hosoya集团目前正在调查其他皮质层是否也含有微柱凝集,以及这种架构是否独立于或包含已知的视觉皮质列在其他species-given微柱凝集显示相似的响应特性。

至于为什么列排列六角,”它可能仅仅反映了最有效的方式装在一起,“Hosoya说。“不过,在我们研究的所有的老鼠,面向六边形都以同样的方式对大脑的表面。如果只是有关包装,他们可能是随机的,但我们没有看到。这种守恒的方向性建议晶格演化不同大脑处理作为一种有效的解决方案。”The cortical circuit—the metaphor borrowed from computers to explain how the wiring of neurons realizes information processing—has long been a holy grail in neuroscience. "In computers, a modular architecture can determine how the computation is executed, and many parallel computation models have a hexagonal structure," Hosoya notes. "Now we have some evidence that small identical computational units—microcolumn modules—underlie the architecture of the cortical circuit, at least in layer V."

一个建议是,从根本上理解一个基本单元可以揭示整个大脑的活动,Hosoya说。“既然我们确定了微柱凝集在不同的大脑区域,相同的底层计算可能提供完全不同的功能。令人激动的是,我们认为,通过了解10左右神经元微柱凝集,我们可以解释150亿个神经元的大脑皮层的活动。”