法国巴黎萨克雷神经科学研究所（Paris-Saclay Institute of Neuroscience，NeuroPSI）的研究人员近日提出了一种关于大脑皮层神经活动的新解释，挑战了神经科学领域沿用数十年的经典理论。相关研究成果发表于《Nature Neuroscience》。
大脑皮层是人类进行推理、决策、感觉信息处理和随意运动的关键脑区。长期以来，神经科学家发现，皮层中的神经元会在短时间内以重复的方式连续或同步放电，这些可重复的活动模式被认为与感觉—运动协调密切相关。传统观点通常基于“吸引子动力学”（attractor dynamics）理论，认为这些重复模式源于一组彼此强连接的神经元，它们作为“模式补全单元（pattern-completion units）”，即使只有部分神经元被激活，也能重现完整的活动模式。
然而，NeuroPSI团队通过对多种公开数据的系统分析，发现事实可能并非如此。研究人员分析了来自MICrONS项目、Allen Brain Observatory，以及Goard实验室、Svoboda实验室和CortexLab等多个来源的数据，这些数据涵盖双光子成像、电生理记录和电子显微镜等多种技术手段。结果显示，反复共同放电的神经元之间并不存在预期中的强结构连接。
研究人员指出，皮层网络更符合一种“分层模块化（hierarchical modularity）”结构。在这种结构中，神经元被组织成多个模块，而少数“核心神经元（core neurons）”位于模块之间，承担着信息汇聚与传递的关键角色。这些核心神经元是高信息流节点，能够引导神经活动的传播，但并不具备经典吸引子网络中模式补全单元所具有的结构特征。
为进一步验证这一观点，研究团队还构建了计算模型来模拟神经网络活动。结果表明，仅凭“距离依赖型连接（distance-dependent connectivity）”，就足以产生皮层中观察到的模块化结构以及短暂而可重复的群体活动事件。这一发现提示，大脑皮层的网络结构本身就“预配置”了对感觉—运动协调的支持能力，而不必依赖强连接的固定神经元集合。
研究作者认为，这一工作重新定义了大脑皮层活动的结构和动力学基础，强调了模块化组织与功能之间的关系。未来的实验有望进一步验证这一新模型，并加深对大脑发育过程以及感觉—运动协调障碍相关疾病机制的理解。此外，这种新的组织原则也可能为类脑人工神经网络和计算模型的设计提供启发。
参考文献：Domenico Guarino et al, Convergent information flows explain recurring firing patterns in cerebral cortex, Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-025-02128-5
编辑：王洪
排版：李丽
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