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在一项新的研究中，来自日本东京大学和九州大学的研究人员揭示了关于小鼠体内复杂的视觉网络如何形成的从未见过的细节。这一发现可能为未来治疗先天性失明的研究提供参考。但鉴于生物神经组织和数字人工智能之间的相似之处，这项研究也可能有助于软件工程师开发出更好、更通用的人工智能。相关研究结果于2022年8月3日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Modular strategy for development of the hierarchical visual network in mice”。

如果你能看到构成动物大脑和感官系统的神经元和结构的网状性质，你可能会认为这只是一个随机的复杂混乱。但是像神经科学家这样的研究人员能够观察这种混乱，不仅推断出离散的结构，还能确定其功能。在这项新的研究中，来自东京大学生理学系的Kenichi Ohki教授和Tomonari Murakami助理教授和他们的团队一直在研究视觉系统是如何形成的。

Murakami说，“眼睛、大脑的某些部分和连接这些部分的神经网络构成了视觉系统。一个粗略的比喻可能是一个由电线连接到屏幕上的摄像机，你的意识自我可以观看。但对这个系统的准确生物学描述是极其复杂的。有大量的视觉皮层区域参与其中，这些区域分层排列，形成一种层次结构。这个想法并不新鲜，但不知道这个网络的早期阶段（即初级区域）与参与处理视觉信号的区域（即高级视觉皮质区域）之间的连接是如何在发育过程中形成的。我们着手找出这种情况是如何发生的。”

这些作者研究了小鼠体内的视觉系统发育。他们特别研究了称为皮层区和丘脑区的区域。通过观察这些区域的神经元网络在新生小鼠中是如何发育的，以及这些网络何时变得活跃，他们能够以一种更普遍的方式描述支配视觉系统生长的机制。

发育中小鼠体内的视觉网络，图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05045-w。

Murakami说，“当我们及时记录下越来越密集的连接网络时，我们发现了一些让我们感到吃惊的东西。我们原本预计视觉网络会首先在皮层区之间形成大量的连接，反映出整个系统的层次结构。但事实上，从眼睛里的视网膜通往这些皮层区的平行神经通路比这些皮层区之间的通路更早形成。这个新的事实改变了我们对皮层发育这一领域的认识。”

开展这项新研究不仅是为了满足好奇心，而且还因为这种基础研究可以构成未来医学研究的基础，可以改善人们的生活：这些作者假设他们在小鼠身上的研究很可能可以解释包括人类在内的灵长类动物的视觉发育。这又可能给旨在治疗先天性失明的科学家们带来帮助。

Ohki说，“还有一个研究领域也可以借鉴我们在这项新研究中的发现。人工智能通常基于数字人工神经网络。数字人工神经网络通常是多层结构，这可以使它们具有复杂的功能。但是如今我们发现至少有一些生物神经系统在产生分层结构之前就已经形成了平行结构，软件工程师可能会从中获得灵感，尝试新的设计方法。可以想象，这可能会帮助他们实现开发更为通用的人工智能来自解决各种各样的问题的目标。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Tomonari Murakami et al. Modular strategy for development of the hierarchical visual network in mice. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05045-w.