领导这一研究的是伦敦大学神经科学学院Thomas D. Mrsic-Flogel博士，其研究组主要兴趣在于大脑是如何编码信息，如何从一个或多个神经元上获得的信息传递到神经网络中。

神经元以及神经元之间的突触连接是大脑执行功能的结构基础，位于大脑不同部位的神经元往往执行不同的功能。通过绘制这些突触连接，我们可以明白大脑里的信息传递，认知、感觉、和思想产生的原理，以及老年痴呆、精神分裂症、脑血栓等疾病下一些大脑功能失效的原因。但是目前绘制突触连接是一项非常复杂的任务，而且学术界对于神经突触与神经元功能的行使之间是相互独立还是相互依赖的关系还一直存在争论。

在这篇文章中，研究人员将体内双光子钙成像方法，与全细胞记录方法结合，通过计算机系统模拟大脑，了解神经元之间的连接。他们将焦点聚集在视觉方法，研究人员分析了大鼠的视皮质，这个区域的不同神经元负责接受来自图像中的不同细节，不同的细胞负责不同的细节加工。像人脸这样复杂的图像，则需要更高级的视神经元进行识别整理，如果这些高级神经元损坏，人们还能识别个别特征（例如：眼睛、鼻子），但对于复杂图像（例如：人脸）将不能识别。

之后研究人员利用高分辨率的示踪成像系统，发现突触连接更倾向于在行使同一类功能的神经元之间形成，具有相似刺激偏好的神经元比那些具有不同偏好的神经元能以更高速度连接。这说明两者的关系是相互依赖的，存在专门处理相关感觉信息的精细的子网络。

利用这一方面，研究人员希望能了解分别于脑部不同皮层的神经元功能及其连接性，这样就能研发出大脑连接电脑模型，揭示出支持不同感觉或运动功能的神经回路在大脑中是怎样构建的。当然由于人脑中存在上千亿个神经元，每个神经元又与成千上万的神经元形成连接，因此要用计算机模拟出大脑是如何工作的并不容易，不是一两年就能完成的，而且不仅需要不同领域的研究人员协同努力，还需要一台超级计算机。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Functional specificity of local synaptic connections in neocortical networks

Neuronal connectivity is fundamental to information processing in the brain. Therefore, understanding the mechanisms of sensory processing requires uncovering how connection patterns between neurons relate to their function. On a coarse scale, long-range projections can preferentially link cortical regions with similar responses to sensory stimuli1, 2, 3, 4. But on the local scale, where dendrites and axons overlap substantially, the functional specificity of connections remains unknown. Here we determine synaptic connectivity between nearby layer 2/3 pyramidal neurons in vitro, the response properties of which were first characterized in mouse visual cortex in vivo. We found that connection probability was related to the similarity of visually driven neuronal activity. Neurons with the same preference for oriented stimuli connected at twice the rate of neurons with orthogonal orientation preferences. Neurons responding similarly to naturalistic stimuli formed connections at much higher rates than those with uncorrelated responses. Bidirectional synaptic connections were found more frequently between neuronal pairs with strongly correlated visual responses. Our results reveal the degree of functional specificity of local synaptic connections in the visual cortex, and point to the existence of fine-scale subnetworks dedicated to processing related sensory information.