不同大脑区域之间的选择性交流对大脑功能至关重要。但是，大脑薄弱而稀疏的连通性是一个很大的障碍。在过去的十年中，神经科学家已经确定了各种方法来抵消这种限制。现在，来自伊朗、德国和瑞典的科学家发现了双向连接在加速大脑区域之间交流方面的新作用。他们现在已经提出了他们的结果在科学杂志上PLoS计算生物学。
本质上有两种方法可以对抗弱连接和稀疏连接:通过同步或通过振荡。在同步模式下，许多神经元在传递刺激时(同步地)聚集在一起。它们一起在下游网络中具有比单独更强的联合效应。相比之下，在振荡模式下，网络振荡通过调节接受刺激的下游神经元的膜电位周期性地增加有效连通性。
但是振荡需要在发送方和接收方网络中同步。“这种同步振荡是如何在大脑中发生的，这是一个悬而未决的问题。弗莱堡大学伯恩斯坦中心(BCF)的Ad Aertsen说:“以前我们提出，神经元网络的共振特性可以用来产生同步振荡。”神经元网络中的共振意味着当这个网络受到特定频率的刺激时，网络开始振荡，输入产生更大的影响。这种想法被称为“通过共振进行通信(CTR)”。
然而，CTR带来了另一个问题。在网络中建立共振需要几个振荡周期。而且，这种共鸣需要在下游的每一个阶段都产生。这意味着网络之间的通信非常慢。“我们认为同步和振荡分别提供了快速和缓慢的通信模式。两者都可以在不同的情况下使用。但我们仍然对这个问题保持警惕，”来自瑞典斯德哥尔摩皇家理工学院(KTH)的Arvind Kumar解释道。
加快交流的一个可能的方法是减少建立共振所需的时间。为此，该小组专注于大脑区域之间双向连接的解剖学观察。也就是说，不仅来自发送者网络的神经元投射到接收者神经元，而且来自接收者网络的一些神经元也投射回发送者网络。伊朗赞詹基础科学高级研究所的Alireza Valizadeh解释说:“这种双向连接很少，但足以支持发送方和接收方网络之间的循环。”这种回路的一个重要结果是共振可以在更少的周期内建立。更重要的是，即使是环路也可以放大信号，不需要在后续层中积聚共振。赞詹大学的博士生hedyh Rezaei是BCF的访问学生，她在她的研究项目的赞助下说:“这是值得注意的，这样一个在发送端和接收端网络之间的共振对之间的连接环路可以将网络通信速度至少提高两倍。”
Ad Aertsen总结道:“这些新发现支持了‘通过共鸣交流’的观点。“重要的是，这些结果表明，大脑区域之间的双向连接具有一种新的功能，即在它们之间形成更快速、更可靠的交流。”
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