神経科学：機能的コネクトミクスが示すマウス視覚皮質の全般的な配線規則
Nature 640, 8058 doi: 10.1038/s41586-025-08840-3
脳がどのように計算を行っているかを解明するには、神経回路接続性と機能の関係を理解することが重要である。マウスの一次視覚皮質で、類似した反応特性を持つ興奮性ニューロン同士は、シナプス接続している可能性が高いが、より広範な接続規則は分かっていない。本論文で我々は、ミリメートルスケールのMICrONSデータセットを利用して、皮質の層間や領域間のニューロン同士のシナプス接続性と機能特性を解析した。その結果、反応特性が類似しているニューロンは、フィードバック接続を含め、層や領域の内部および間で優先的に接続していることが明らかになり、これは「似たもの同士」の接続が視覚系の階層全体で普遍的であることを支持している。さらに検証済みのデジタルツインモデルを用いて、ニューロンのチューニングを、視覚特徴（何に反応するか）と空間（受容野の位置）の2成分に分離した。その結果、軸索と樹状突起の近傍性で説明できるもの以上のより詳細なシナプス接続を予測できるのは、特徴成分のみであることが見いだされた。加えて我々は、シナプス前細胞群の下流にあるシナプス後ニューロン群は、ペアごとの似たもの同士規則から予測される以上の機能的な類似性を示す、という高次規則を発見した。単純分類課題で訓練した回帰型ニューラルネットワークは、似たもの同士ペア規則と高次規則の両者を反映した接続パターンを発達させるが、その規模はMICrONSのデータで見られたものと同等であった。この回帰型ニューラルネットワークのアブレーション研究では、似たもの同士接続の破壊は、ランダムな接続の破壊よりも大きな障害を生じることが明らかになった。これらの知見は、こうした接続性原理が感覚情報の処理と学習に機能的な役割を果たしていることを示唆しており、これは、生物システムと人工システムの間の共通原理を浮き彫りにしている。
