近(17)日，美國耶魯大學、哈佛大學和芝加哥大學的物理學家，發表了一項關於神經元間如何形成連結網絡的新理論模型。該理論不但能用於解釋生物的神經元連結，也可應用於例如其他非生物體(non-biological)的研究，例如社交互動相關研究等。該研究發表於期刊《Nature Physics》。

生物體的神經元會在各種刺激下形成突觸，進而構成複雜的網絡，雖然這些大量的突觸連結，看似為隨機形成的，但大腦中神經元可明顯觀察到「會由少數連結較強的突觸所主導」。

這些如電路「主幹」般的連結會主導生物體各項功能，由於在圖表繪製時會被畫得較粗，因此被科學家稱為「重尾」(heavy-tailed)。不過，目前科學家仍無法確定該重尾模式的出現，是因不同生物體特有機轉，還是神經網路組織的基本原理所致。

為了瞭解該模式的背後原理，本次耶魯大學、哈佛大學和芝加哥大學的科學家，分析了包括果蠅、蛔蟲、海洋蠕蟲(marine worms)，和小鼠的視網膜，並進而產出一項基於赫布(Hebbian)動力學的模型。

(編按：赫布理論(Hebbian theory)是一項可解釋腦內神經元變化的理論，即「突觸前神經元」對「突觸後神經元」產生持續且重複的刺激下，可增加突觸傳遞效能。)

本次研究團隊成員中，耶魯大學的Christopher W. Lynn為理論物理學助理教授，哈佛大學的博士後研究員Caroline M. Holmes為演化學家，芝加哥大學的Stephanie E. Palmer為解剖學副教授。

該跨領域團隊從模型中證實，「重尾」的現象是基於赫布理論所產生，且該現象是源於神經網路組織的基本原理，而非由果蠅、小鼠、蠕蟲等生物所特有的機制導致。

由於生物學中可能存在大量的「隨機性」，例如神經元突觸也可能變弱、消失，導致其他處形成更強的連結，因此，研究人員也將這項隨機性加入了其模型，以提高該模型的準確度。

研究團隊表示，由於這項模型是源自於自然的網路原則，很可能不僅限於神經連結，因此他們也希望該研究能擴展到神經學之外。

此模型也為一種稱為「叢集(clustering)」的網絡現象提供了解釋，叢集是指細胞透過共享連結，而與另一細胞連接的情況；也例如在社交場合中彼此不認識的A和B，若要成為朋友，比起雙方單獨見面，經由共同好友C介紹下會更容易。

參考資料：

1. 論文原文：https://www.nature.com/articles/s41567-023-02332-9

2. https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240117143741.htm

(編譯/巫芝岳)