《Nature》最新报道！大脑的信息传递超出你想象！ - 爱爱医医学论坛

近日，同济医学院的韩芸耘教授与瑞士巴塞尔大学的Thomas Mrsic-Flogel教授和美国冷泉实验室的Anthony Zador教授，在最新一期的《Nature》杂志上揭示了一个令人意想不到的大脑信息传递模式。这个模式表明，我们过去对于大脑处理信息的理解，其实是非常片面和不准确的。

在经典大脑模型中，信息是从初级视觉皮层处向下进入到功能更为特异的区域，但均为在皮层之间逐层传递。这种对图像识别的认知，长期受技术所限，并未深入到神经元的层面。

在“The logic of single-cell projections from visual cortex”的论文中，研究人员通过高通量的神经元示踪和测序方法，对多个单神经元的轴突长距离投射模式进行了定量统计分析，证明大脑采取了多种模式进行信息分流处理，不同的分流模式是被有序地组织起来，这对保持大脑处理和利用信息的高效率非常重要。

大脑的正常运转，来自具有不同功能的脑区的分工与合作：具有特定结构的脑区用于执行特定的计算功能，不同结构和功能的脑区之间的信息交互保证大脑工作的协同性。因此，了解特定结构的脑区如何进行信息交互，这些信息有哪些规律，是建立类脑计算模型所必不可少的基础。

通常情况下，单个神经元从同一个脑区投射向其他多个脑区有以下三种规律：

（1）一对一投射——单个神经元只向一个目标脑区进行投射（图1a）。

（2）随机性一对多投射——单个神经元同时投射到多个目标区域接收到从同一脑区传递来的信息是完全相同的。在该种模式中，又存在两种可能：随机性一对多投射——单个神经元随机组合投射向多个下游脑区（图1b）和有序性一对多投射——单个神经元有选择地同时投射向特定的几个脑区或有选择地避免同时投射向特定脑区（图1c）。

这些不同的投射模式，代表了信息分流处理的不同层级关系，对应着计算模型中不同模块之间的不同构架方式，它们只能通过定量统计多个单神经元的跨脑区投射结果才能获得。

在韩芸耘教授与合作团队的研究中，研究人员通过荧光标记单个神经元的方法，结合连续双光子断层扫描技术，成功扫描了近百个神经元的形态图像，重构、分析了大部分神经元的轴突结构并定量分析了其投射区域的特征。这项研究颠覆了单个神经元只能映射到单个区域的假设！

研究表明：发现小鼠初级视觉皮层的第2/3层的神经元中，只有少量（约1/4）的神经元采用一对一的投射方式，大部分的神经元都采用了一多的投射模式，同时投射向2-8个其他脑区。

“一般人们都认为每个神经元都只映射到一个皮层区域，这是由于我们对大脑的基本结构缺乏认知，”该研究的共同第一作者Justus M. Kebschull博士说道：“我们的研究结果与通常的认知截然不同，有望会让未来的实验手段出现重大变化。”

目前对于单神经元映射的深度研究，不断改写我们对大脑的认识。大脑结构与功能的探索之路，道阻且长，还需要我们不断专研与探索。