近日，一篇發(fā)表在國際雜志PLoS Computational Biology上題為“Discovering sparse control strategies in neural activity”的研究報告中，來自維也納CSH研究中心等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過研究深入理解了人類大腦的復(fù)雜性，人類大腦是機(jī)體中最大且最為復(fù)雜的器官之一，本文研究中，研究人員利用一種數(shù)學(xué)和計算框架分析了秀麗隱桿線蟲的神經(jīng)活動，秀麗隱桿線蟲是一種經(jīng)常被科學(xué)家們用來研究神經(jīng)活性的模式生物。

這種僅有1000個細(xì)胞組成的微觀生物體（其中300個細(xì)胞是神經(jīng)元細(xì)胞）已經(jīng)被科學(xué)家們精確描述了，但神經(jīng)元在控制行為方面所扮演的關(guān)鍵角色至今在科學(xué)界仍然存在一定的爭議?；谧罱茖W(xué)家們在測定活體線蟲神經(jīng)元活性方面取得的進(jìn)展，本文研究中，研究人員通過利用更自然的擾動現(xiàn)象揭示了神經(jīng)元所發(fā)揮的重要作用。

這項研究中，研究人員試圖更加全面地利用相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并試圖理解哪一組神經(jīng)元屬于一類神經(jīng)元，并與特定的行為相關(guān)聯(lián)，換句話說，如果你想讓線蟲向左轉(zhuǎn)，你并不關(guān)心一個特定的神經(jīng)元，或許可能關(guān)注的更多的是更多不同的神經(jīng)元。研究者Lee及其同事以線蟲作為一個研究案例，因為其簡單的神經(jīng)系統(tǒng)能為理解諸如人類等高等動物的大腦的活動機(jī)制提供更為堅實的基礎(chǔ)，文章中，研究人員開發(fā)了一種用于集合大腦神經(jīng)活性的數(shù)學(xué)模型，隨后他們利用可能會誘發(fā)行為反應(yīng)且能在科學(xué)實驗中進(jìn)行復(fù)制的小型神經(jīng)擾動進(jìn)行了相應(yīng)的實驗。

研究者的想法是，如果在一種模型中能以不同的方式推動每個神經(jīng)元的話，或許就能測定其行為是如何發(fā)生改變的，如果神經(jīng)元的行為發(fā)生了改變，比如當(dāng)兩個神經(jīng)元被推到一起，其行為就會發(fā)生更為強(qiáng)烈的變化，那么這兩個神經(jīng)元就會以某種方式形成一種集合，而并不是彼此獨(dú)立。這些研究結(jié)果或許指出了一些能用作進(jìn)行神經(jīng)科學(xué)研究的有趣神經(jīng)元，研究人員對來自秀麗隱桿線蟲神經(jīng)系統(tǒng)中大約50個神經(jīng)元進(jìn)行分析，結(jié)果表明，少數(shù)關(guān)鍵的神經(jīng)元或許與統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的大型反應(yīng)有關(guān)，能看到這些神經(jīng)元或許是一個好消息。

圖片來源：https://journals./ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1010072

如果知道一個參與了特定行為的神經(jīng)元并不能告訴你它到底做了什么，比如，一些實驗結(jié)果并不會提示一個神經(jīng)元以一種重要的方式參與了某種行為，而當(dāng)多個神經(jīng)元共同參與一種特定行為時，或許研究其如何相互協(xié)作發(fā)揮作用或彼此對抗就顯得非常有意思了。綜上，本文研究中，研究人員關(guān)于行為控制如何被集中在特定的神經(jīng)細(xì)胞中提出了幾個新的假設(shè)，同時還提出了一種理論框架來提出這些問題并進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)測，后期研究人員還會繼續(xù)深入研究在未來幾年時間里對這些疑問進(jìn)行解答。（生物谷Bioon.com）

原始出處：

Edward D. Lee,Xiaowen Chen,Bryan C. Daniels. Discovering sparse control strategies in neural activity, PLOS Computational Biology (2022). DOI: 10.1371/journal.pcbi.1010072