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皮层神经元之间的连接稀疏且较弱，因此长期以来人们认为，它们必须以细胞集群的形式协同行动，才能对周围网络产生显著影响。然而，单个锥体神经元中的少量动作电位便可按照指数约为0.285的幂律募集数千个皮层神经元，这与接近临界渗流转变的二维系统相一致。在本研究中，我们利用全息光刺激激活清醒小鼠视觉皮层第2/3层中由1至16个锥体神经元组成的神经元群，同时对数百个邻近神经元进行成像。在诱发动作电位数量跨越两个数量级的范围内，网络响应遵循与单神经元扰动所观察到的相同标度律，且未检测到共同激活产生额外放大效应的阈值。募集效应呈亚线性增长，抑制随神经元群规模增大而增强，而持续发生的无标度雪崩动力学保持平稳。尽管如此，从周围神经元活动中解码神经元群身份的能力仍逐渐提高。因此，协同放电提高了表征特异性，却未摆脱支配活动传播的临界动力学：皮层神经元群能够传递身份信息，但不会获得不成比例的因果影响。
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摘要
皮层神经元之间的连接稀疏且较弱，因此长期以来，人们认为它们必须以细胞集群的形式协同活动，才能对周围网络产生显著影响。然而，单个锥体神经元的少量脉冲即可募集数千个皮层神经元，且募集过程遵循指数约为 0.285 的幂律，这与接近临界渗流相变的二维系统相一致。本研究在清醒小鼠的视觉皮层中，利用全息光刺激激活由 1 至 16 个第 2/3 层锥体神经元组成的神经元群，同时对数百个邻近神经元进行成像。在诱发脉冲数跨越两个数量级的范围内，网络响应遵循与单神经元扰动所观察到的相同标度律，未检测到共同激活产生额外放大的阈值。神经元募集呈次线性增长，抑制随神经元群规模的增大而增强，而持续存在的无标度雪崩动力学保持平稳。然而，神经元群的身份却越来越容易从周围神经元的活动中解码。因此，协同放电提高了表征的特异性，却并未脱离支配活动传播的临界动力学：皮层神经元群能够传递身份信息，但不会获得不成比例的因果影响力。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
已声明的资助方信息
美国国家心理健康研究所
，ZIA MH002797；ZIA MH002971（所内研究计划）
美国国家神经疾病与卒中研究所
，U19 NS107464（美国国立卫生研究院 BRAIN 计划；“NS”代表负责管理该项目的美国国家神经疾病与卒中研究所）
版权
本预印本的版权持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示本预印本的许可。
本
本文为美国政府作品。根据《美国法典》第17编第105条，本文不受版权保护，同时依据 CC0 许可协议提供使用。
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发布于2026年10月14日。
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无协同放大作用的皮层神经元集群的临界标度
Tiago L.
Ribeiro
,
Raiyyan
Siddiqui
,
Bridgette
Gifford
,
Sinisa
Pajevic
,
Dietmar
Plenz
bioRxiv
2026.10.07.757392;
doi:
https://doi.org/10.64898/2026.10.07.757392
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无协同放大作用的皮层神经元集群的临界标度
Tiago L.
Ribeiro
,
Raiyyan
Siddiqui
,
Bridgette
Gifford
,
Sinisa
Pajevic
,
Dietmar
Plenz
bioRxiv
2026.10.07.757392;
doi:
https://doi.org/10.64898/2026.10.07.757392
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关键词：皮层神经元群 · 临界标度 · 全息光刺激 · 神经雪崩 · 亚线性募集 · 神经表征
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.07.757392v1?rss=1