婴儿出生时大脑预先组织成专门用于运动、视觉、听觉和其他功能的区域，这是他们从第一次呼吸的那一刻起就开始了解世界的关键基础设施。但是，由于出生前研究大脑发育所涉及的挑战，人们对大脑的结构是如何构建的知之甚少。
进入肥尾沙丘，像老鼠一样的有袋动物，在怀孕仅13天后出生，大脑在很大程度上仍未形成。通过监测邓纳特·乔伊（dunnart joeys）在母亲的袋子中成熟的大脑发育，圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员收集了有关大脑外表面（称为皮层）如何组织和构建自身的见解 – 这是一个迄今为止科学研究几乎无法穿透的关键过程。了解大脑结构通常如何出现可以为该过程为什么以及如何出错，导致神经系统疾病提供重要线索。
该研究可在《美国国家科学院院刊》上在线获得。
“即使皮层仍在形成，大脑的不同功能区域也会出现不同的活动模式，”资深作者Linda J. Richards说，他是爱迪生神经生物学教授和神经科学系主任。“这些模式对于在不同大脑区域之间建立连接可能至关重要。我们想知道模式活动如何在大脑中发展，以及当出现问题时会发生什么。模式活动的改变如何破坏大脑回路的建立方式，以及这对癫痫或自闭症等大脑疾病有什么影响？”
包括人类在内的哺乳动物神经系统的发展始于受孕后头几周所谓的神经管的出现。神经管的一端萌芽进入大脑;另一个延伸到脊髓。在几周内，新生大脑外表面的细胞组织成大脑皮层，大脑皮层是大脑皱巴巴的外表面，负责记忆、思考、学习、感知和情绪。沙丘是在神经管形成后出生的，因此它的大脑皮层在母亲的袋子中发育。在人类中，大脑皮层在受孕后约五周开始形成，并继续发育到怀孕的第二个三个月。
与理查兹一起，研究小组包括合著者杰弗里·古德希尔，他是医学院发育生物学和神经科学教授;以及共同第一作者Rodrigo Suárez，Tobias Bluett和Michael H. McCullough，他们在进行初步研究时都在澳大利亚昆士兰大学。
当神经元活跃时，细胞内的钙水平会升高。为了监测乔伊大脑中的神经元活动，研究人员使用了一种荧光指示剂，当钙水平上升时会发光。他们发现活动模式很早就出现了，即使新的神经元仍在产生，皮层的六层结构仍在构建中。
“从很早开始，你开始获得一点点活动，这不是任何类型的模式，但一旦你能看到模式，它们在大脑的体感和视觉区域就不同了，”理查兹说。
在皮层和丘脑之间建立连接的同时，出现了不同的活动模式，丘脑是大脑中间的一种蛋形结构，将运动和感觉信号传递给皮层。理查兹说，研究人员目前正在进行进一步的研究，调查丘脑在皮层发育中的作用。
“邓纳茨和老鼠相隔了大约1.2亿年的进化，但它们具有非常相似的早期活动模式，”理查兹说。“这很了不起。任何在如此长的时间内进化保守的东西都可能对正常功能至关重要。这些区域特定的模式极有可能在建立大脑回路中发挥作用，大脑回路支撑着大脑功能的各个方面，而Dunnarts已经改变了我们研究这些过程的方式。
苏亚雷斯 R， 布鲁特 T， 麦卡洛 MH， 阿维坦 L， 布莱克达， 保利诺 A， 芬隆 LR， 古德希尔 GJ， 理查兹 LJ.皮质活动在大脑早期发育期间以区域特异性模式出现。美国国家科学院院刊.五月 22， 2023.DOI： 10.1073/pnas.2208654120
该项目的资金由澳大利亚国家卫生和医学研究委员会提供，赠款号为GNT1159778、GNT1120615、GNT1196855和2013349;澳大利亚研究委员会，拨款编号DP160103958、DE160101394和DP200103090;昆士兰大学，拨款号UQECR1719425;大脑与行为研究基金会，批准号26728;和美国国立卫生研究院（NIH），批准号DP1NS127279。
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最初由医学院出版
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