在大草原的某個地方，一隻瞪羚誕生了。媽媽輕輕一舔，身體搖搖晃晃，她就準備逃跑了。在沙灘的某個地方，一隻小海龜孵化了。它和它的兄弟姊妹一起坐在沙子下面，直到突然，它們成群結隊地跑到水面上，直奔大海。您是否想過動物如何從出生起就能夠做這麼多事情？
為了使大腦充分發揮功能，它需要正確連接。人腦有大約 860 億個神經元，每個神經元透過數千個突觸與其他神經元連接。有些神經元與其鄰居相連，而有些神經元則必須在數公分（甚至長達一公尺）內找到路徑。這些連結是如何建立的已經爭論了幾十年：其中有多少是融入基因組中的，有多少是來自經驗的？到目前為止，爭論一直停留在中間的某個地方，有一些爭議。
然而，最近的一項研究表明了立場。不僅經驗（感官、運動程序等）不是必需的，而且作為一個整體，神經活動——神經元中允許它們進行交流的電信號——也不是必需的。大腦的連接和準備僅基於遺傳學。該研究採取了相當激進的方法：為了找出神經元活動是否是發育所必需的，他們將其全部去除。
「電路組裝需要多少開發活動尚不清楚。 “我們的靈感是在斑馬魚幼蟲身上進行實驗，因為斑馬魚是目前唯一可以在整個發育過程中可逆地阻斷所有活動的脊椎動物”，資深作者、分子和細胞生物學教授 Florian Engert 博士哈佛大學的教授告訴IFLScience。 「這不是一個我們對結果有預期的實驗。我們對這裡的任何事情都持開放態度。
先前已證明去除神經活動或經驗會影響正常發育，但擾動是局部的。這造成了大腦的不平衡，導致未受影響的區域進行補償。恩格特博士解釋了這些實驗中所看到的效果，他表示，大腦對擾動很敏感，並且始終以平衡為目標。
讓整個大腦安靜幾天並不是一件容易的事。研究人員使用了一種名為三卡因的藥物來阻斷神經元的電活動。他們必須確保魚不會對藥物敏感。他們還發現這種藥物在光線下會分解成有毒化合物，因此他們必須在黑暗中飼養魚。但是，經過幾輪測試，他們的實驗成功了。對於成魚來說它可能是致命的，但幼魚卻活了下來！它們足夠小，可以透過皮膚呼吸，並從卵黃囊中進食。事實證明，你的成長並不需要大腦。
為了測試沉默是否有效，他們測試了魚的視運動反應（OMR），斑馬魚會轉向以適應全視野視覺運動的速度和方向。這被認為可以讓它們在移動的溪流中保持靜止。 OMR 及其背後的神經迴路在斑馬魚中得到了很好的表徵，使其成為本研究的理想選擇。 「[OMR] 需要時間整合、證據累積和增益控制，[...] 這與學習、記憶和決策相關，」恩格特博士說，「所以[它] 實際上捕獲了高階的許多其他方面，類似認知的行為。
在註入三卡因的水中生活三天后，幼蟲斑馬魚從藥物誘導的靜止中醒來，神經迴路完好無損，準備進行 OMR。缺乏神經活動並沒有產生影響，魚腦的基因組中擁有它所需的一切。 「連接組的連接和初始組裝分三個階段進行。首先是分化和體細胞定位。您將所有單獨的單元放在正確的位置並給它們正確的簽名。第二個是軸突生長，軸突沿著形態發生梯度引導，所有這些都受到遺傳控制。最後階段是細胞間識別，即尋找突觸夥伴。
“基本上所有動物的大多數關鍵行為（如果不是全部的話）在它們接觸世界時就已經存在了。”恩格特博士說：「知識，，技能、專業知識、認知能力都融入了基因組中。對於任何動物來說，任何重要的東西都不需要學習。那麼一切都是硬編碼的嗎？恩格特博士表示，這並不完全是確定性的。在脊椎動物的大腦中也存在著「佈線的隨機元素」。
如果我們一出生就準備好了，出生後會發生什麼事？首先，“你需要不斷地重新調整，因為事情仍在變化”，因為你的身體仍在成長。 「如果你想觀察校準過程，你應該觀看新生馬出生時的影片。在最初的十分鐘裡，他們不協調地跌跌撞撞，但你可以即時看到它。您可以看到 [...] 系統如何自我校準。
也許一匹小馬出生不久就能跑，但你有看過人類的嬰兒嗎？恩格特博士認為，人類與猴子和其他動物一樣，本質上是早產的。這並不意味著出生後的經驗對於早期發展是必要的。最重要的是，身為人類，我們依賴大量獲得的知識，因為對於我們的社交和認知行為至關重要。一個功能齊全的人需要比出生時更多的經驗來塑造大腦。
對於神經網路來說，我們的大腦在沒有經驗的情況下有多少連接的問題也很有趣。作者說：“人工智慧和計算神經科學的研究強調了弱結構模型如何學習執行複雜的任務。”與大多數神經網路不同，大腦的大部分功能線路是在沒有學習的情況下建立的。
這項研究發表在期刊上自然通訊
