Videnskabsfolk har længe været fascineret af det komplekse netværk af forbindelser mellem neuroner i hjernen. Ny forskning har afsløret, at mens de fleste forbindelser mellem neuroner er svage, er der nogle få, der skiller sig ud med bemærkelsesværdigt stærke forbindelser. Denne mønster, kendt som “heavy-tailed” forbindelser, har vakt nysgerrighed blandt forskere omkring dens dannelse og om det er specifikt for visse arter eller styret af en universal princip.
For at kaste lys over dette fænomen dykkede forskere fra CUNY Graduate Center Initiative for the Theoretical Sciences (ITS), Yale, University of Chicago og Harvard ned i omfattende datasæt af neurale forbindelser i frugtfluer, mus og to arter af orme. Ved hjælp af matematiske modeller baseret på Hebbiansk plasticitet, en princip der antyder, at neuroner, der fyres sammen, forbinder sig sammen, viste forskerne, hvordan denne mekanisme kunne føre til heavy-tailed forbindelser.
Studiet afslørede også en anden væsentlig egenskab: klyngedannelse. Neuroner har en tendens til at danne tæt forbundne grupper, hvilket tyder på et højere niveau af organisering inden for det neurale netværk. Forskningen havde til formål at afsløre oprindelsen af heavy-tailed forbindelser på tværs af forskellige arter.
Christopher Lynn, hovedforfatteren til studiet og nu en assistant professor i fysik ved Yale, forklarede, at deres model var baseret på ideen om, at neuroner rearrangerer og forbinder sig under en kombination af Hebbiansk og tilfældig dynamik. Mens nogle forbindelser tjener specifikke formål, dannes andre tilfældigt.
Holdets resultater antyder, at principperne for cellulær selvorganisation kan forklare dannelse af stærke forbindelser og tæt forbundne netværk i hjernen på tværs af forskellige arter. Dette antyder, at dannelse af neurale netværk ikke udelukkende afhænger af artsspecifikke mekanismer, men drives af en simpel princip om selvorganisation.
Betydningen af denne forskning strækker sig ud over forståelsen af de intrikate forbindelser i hjernen. Den nye viden kunne danne grundlag for at studere hjernestruktur hos andre dyr og potentielt forbedre vores forståelse af den menneskelige hjernes funktion.
Journal Reference:
Lynn, C.W., Holmes, C.M. & Palmer, S.E. Heavy-tailed neuronal connectivity arises from Hebbian self-organization. Nat. Phys. (2024). DOI: 10.1038/s41567-023-02332-9