人类的学习历程是由大脑中差别细胞群体的配合运动驱动的。例如，当与识别狗相关的神经元在面临与狗相关的特征——如四条腿、毛发、尾巴等——时，以协调一致的方法发放信号，一个孩子最终将能够识别出狗。然而，大脑的毗连早在人类出生前就已最先，在他们尚未通过履历或感官（如视觉）来指导这些细胞毗连时，这一历程就已经启动。那么，这一切是怎样爆发的呢 ？
揭晓在《科学》杂志上的一项新研究中，耶鲁大学的研究职员发明了在履历尚未塑造大脑之前，脑细胞怎样在早期发育历程中最先形成有序的网络。研究批注，早期发育遵照与后期发育相同的规则——同步发放的细胞会相互毗连。但与后期发育差别，早期发育的驱动力不是履历，而是自觉的细胞运动。
“我们正在探讨的一个基本问题是，大脑在发育历程中是怎样建设毗连的，”该研究的配合资深作者、耶鲁大学医学院神经科学教授迈克尔·克雷尔说道。“是什么规则和机制在支配大脑的毗连 ？这些发明资助我们解答了这个问题。”
在这项研究中，研究职员重点研究了小鼠的视网膜神经节细胞，这些细胞从视网膜投射到大脑的一个区域——上丘，并在那里与下游目的神经元毗连。研究职员同时丈量了单个视网膜神经节细胞的运动、该细胞在发育历程中的剖解学转变，以及在未睁眼的小鼠中周围细胞的运动。这一手艺重大的实验得益于先进的显微镜手艺和能够指示细胞运动及剖解转变的荧光卵白。
此前的研究批注，在感官履历形成之前——例如在人类仍在子宫内或在幼鼠睁眼前的几天内——神经元会自觉地爆发相关的运动并形成波动。在这项新研究中，研究职员发明，当单个视网膜神经节细胞的运动与周围细胞的自觉运动波高度同步时，这个细胞的轴突——毗连其他细胞的部分——会长出新的分支。当运动差别步时，轴突分支则会被消除。
“这批注，当这些细胞同步发放信号时，关联就会被增强，”该研究的配合资深作者、耶鲁大学医学院神经科学助理教授梁亮说道。“轴突的分支让视网膜神经节细胞与上丘回路中同步运动的神经元之间建设更多的毗连。”
这一发明遵照心理学家唐纳德·赫布 (Donald Hebb) 在 1949 年提出的“赫布规则” ；赫布以为，当一个细胞重复引发另一个细胞发放信号时，两者之间的毗连会被增强。
“赫布规则在心理学中经常用于诠释学习的脑基础，” 认真研究的副教务长、眼科和视觉科学教授克雷尔说道。 “在这里，我们证实晰这一规则同样适用于早期大脑发育历程中的亚细胞精度。”
在这项新研究中，研究职员还确定了细胞分支形成的详细位置，并发明当他们滋扰了细胞与自觉运动波之间的同步时，这一模式被打乱。
克雷尔体现，自觉运动也在其他多个神经回路中泛起，包括脊髓、海马体和耳蜗。只管这些区域的细胞运动模式各不相同，但类似的规则可能也在这些回路中支配着细胞毗连。
未来，研究职员将探索这些轴突分支模式在小鼠睁眼后是否继续保存，以及当新的轴突分支形成时，下游毗连的神经元会爆发什么转变。
“克雷尔和梁亮的实验室将继续团结我们在大脑发育和单细胞成像领域的专业知识，以研究差别发育阶段神经运动的准确模式怎样指导大脑回路的组装和完善，”梁亮说道。
杂志：Science
DOI：DOI: 10.1126/science.adh7814
