大脑自我调节是发展的关键

概括： 一项新的研究表明，大脑皮层在发育过程中可以进行自组织，将无组织的输入转化为高度组织的活动模式。 这种自组织受类似于其他自然系统中发现的数学规则的指导。 这些模式的紊乱会影响感官知觉并导致自闭症等神经发育障碍。

关键事实：

• 皮层可以在发育过程中自我调节神经活动。
• 这种自组织受自然界中发现的数学规则的指导。
• 这些模式的紊乱可能会导致神经发育障碍。

来源： 明尼苏达大学

出版于 自然通讯是明尼苏达大学和法兰克福高等研究院研究人员之间的一项国际合作，研究了发育过程中高度组织的神经活动模式是如何出现的。

他们发现大脑皮层可以将杂乱的输入转化为高度组织的活动模式，展示了自组织能力。

“这种转变之所以如此重要，是因为它似乎完全发生在皮质本身内，这表明大脑能够在发育过程中调节自身的功能，”乔治亚大学助理教授戈登·史密斯博士说。马里兰医学院。 。

“这表明这些小规模相互作用中的任何干扰都可能显着改变大脑功能，可能影响感官知觉，并可能导致自闭症等神经发育障碍。”

在自组织系统中，小规模的相互作用结合起来产生大规模的组织。 通过理论和实验的紧密结合，研究小组能够证明，与发现的数学规则相似的数学规则控制着广泛的生物和非生物系统的模式，例如一些鱼类的斑点和沙丘之间的空间。 它还指导大脑发育。

“我们的结果表明，早期皮层的神经活动模式通过反馈回路动态出现，涉及局部激活和横向抑制之间的平衡，证实了几十年前大脑发育的理论假设，”马蒂亚斯·卡舒布博士说，法兰克福大学教授。 高级研究所和该研究的共同研究员。

研究小组使用马里兰大学最近开发的视觉工具来说明正在发育的大脑网络的大规模结构如何从网络本身中产生，而不是从外部来源打印出来。

“通过使用尖端的光学技术，这些实验使我们能够测试长期存在的科学理论，并表明大脑在早期发育过程中调节自身的活动，”史密斯博士说，他也是医学发现团队的成员。 关于视觉成像和脑科学。

正在进行的研究正在探索发育早期神经活动自组织模式的变化如何影响发育后期的感官知觉。

融资： 资金由国家眼科研究所提供 [grant R01EY030893-01]白厅基金会 [2018-05-57]国家科学基金会 [IIS-2011542]联邦教育和研究部 [BMBF 01GQ2002]。

关于神经发育研究新闻

作者： 亚历山德拉·史密斯
来源： 明尼苏达大学
沟通： 亚历山德拉·史密斯 – 明尼苏达大学
图片： 图片来源：神经科学新闻

原始搜索： 开放访问。
”未成熟皮质网络调节活动的自我调节“戈登·史密斯等人。 自然通讯

总结

未成熟皮质网络调节活动的自我调节

在发育过程中，皮质活动被组织成模块化的分布式模式，这代表了成熟的柱状功能架构的前身。

理论上，这种有组织的神经活动可以通过有效局部兴奋与侧向抑制（LE/LI）连接的循环网络动态地从局部突触相互作用中产生。

我们在幼年雪貂睁眼前的皮质中同时使用大规模钙成像和光遗传学，直接测试了 LE/LI 机制的几个关键预测。 我们已经证明，皮质网络将常规刺激转化为表现出不同空间波长的不同模块化模式。

此外，与该波长匹配的图案化光遗传学刺激选择性地偏置诱导活动的模式，而不同波长的刺激将活动转向该不同的波长，揭示了输入驱动和网络调节活动的内在倾向之间的动态折衷。

此外，早期自发皮层活动的结构（反映在视觉方向表征的发展中）与视觉诱发的单一活动强烈重叠，这表明存在一种共同的潜在机制，作为形成有组织的柱状图的基础，而柱状图是大脑中感觉表征的基础。 大脑。