在人腦中檢測到了首創的信號

科學家們已經發現了一種發生在人腦中的獨特形式的細胞信息，揭示了我們仍然需要了解其神秘的內部運作。

令人興奮的是，這一發現暗示我們的大腦可能比我們意識到的更強大。

早在 2020 年，來自德國和希臘研究所的研究人員就報告了大腦外皮層細胞中的一種機制，該機制可以自行產生一種新的“分級”信號，這種信號可以為單個神經元提供另一種方式來執行其邏輯功能。

通過測量癲癇患者手術期間切除的組織部分的電活動，并使用熒光顯微鏡分析其結構，神經學家發現皮層中的單個細胞不僅使用通常的鈉離子來“燃燒”，而且還使用鈣。

這種帶正電的離子組合引發了以前從未見過的電壓波，稱為鈣介導的樹突狀動作電位或dCaAP。

大腦——尤其是人類的大腦——經常被比作計算機。這個比喻有其局限性，但在某些層面上，它們以類似的方式執行任務。

兩者都使用電壓的功率來執行各種操作。在計算機中，它以相當簡單的電子流的形式通過稱為晶體管的交叉點。

在神經元中，信號以打開和關閉通道波的形式出現，這些通道交換帶電粒子，如鈉、氯化物和鉀。這種流動離子脈沖稱為動作電位.

神經元不是晶體管，而是在稱為樹突的分支末端以化學方式管理這些信息。

“樹突是理解大腦的核心，因為它們是決定單個神經元計算能力的核心，”洪堡大學神經科學家馬修·拉庫姆（Matthew Larkum）告訴沃爾特·貝克威斯（Walter Beckwith）2020 年 1 月在美國科學促進會。

樹突是我們神經系統的紅綠燈。如果動作電位足夠大，它可以傳遞給其他神經，這些神經可以阻斷或傳遞信息。

這是我們大腦的邏輯基礎——電壓的漣漪，可以以兩種形式集體交流：要么是和消息（如果 x和y 被觸發，消息被傳遞）;或或消息（如果 x或y 被觸發，消息被傳遞）。

可以說，沒有比人類中樞神經系統密集、皺巴巴的外部更復雜的了;大腦皮層。更深的第二層和第三層特別厚，擠滿了樹枝，這些樹枝執行我們與感覺、思想和運動控制相關的高階功能。

研究人員仔細觀察了這些層的組織，將細胞連接到一種稱為生長樹突膜片鉗的裝置上，以向每個神經元上下發送活性電位，記錄它們的信號。

“當我們第一次看到樹突狀動作電位時，有一個'尤里卡'時刻，”拉庫姆說.

為了確保任何發現都不是癲癇患者獨有的，他們在從腦腫瘤中提取的少數樣本中仔細檢查了他們的結果。

雖然該團隊進行了類似的實驗關于大鼠，他們觀察到的通過人體細胞嗡嗡作響的信號種類非常不同。

更重要的是，當他們給細胞注射一種稱為河豚 毒素，他們還是找到了信號。只有阻斷鈣，一切都安靜了下來。

找到由鈣介導的動作電位已經足夠有趣了。但是，對這種敏感的新型信號在大腦皮層中的工作方式進行建模，揭示了一個驚喜。

除了邏輯和和或-type 功能，這些單個神經元可以充當“獨家”或(異或） 交叉路口，僅當另一個信號以特定方式分級時才允許一個信號。

“傳統上，異或人們認為運營需要網絡解決方案。研究人員寫道.

需要做更多的工作來了解dCaAP在整個神經元和生命系統中的行為。更不用說它是否是人類的東西，或者類似的機制是否在動物王國的其他地方進化出來。

技術也是著眼于我們自己的神經系統獲得有關如何開發更好硬件的靈感;知道我們自己的單個電池還有更多技巧，可能會帶來將晶體管聯網的新方法。

究竟，這種新的邏輯工具是如何被擠壓到單個神經細胞中轉化為更高功能的，這是未來研究人員需要回答的問題。

這項研究發表在科學.

本文最初發表于2020年1月。

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