在人脑中首次检测到

科学家们已经确定了人脑中发生的一种独特形式的细胞信息，揭示了我们仍然需要了解其神秘的内部运作。

令人兴奋的是，这一发现暗示我们的大脑可能比我们意识到的更强大。

2020 年，来自德国和希腊研究所的研究人员报告了大脑外皮层细胞中的一种机制，该机制可以自行产生一种新的“分级”信号，这种信号可以为单个神经元提供另一种执行其逻辑功能的方式。

通过测量癫痫患者手术中切除的组织切片的电活动并使用荧光显微镜分析其结构，神经学家发现皮层中的单个细胞不仅使用通常的钠离子来“火”，还使用钙。

这种带正电的离子组合引发了前所未有的电压波，称为钙介导的树突动作电位 （dCaAP）。

大脑——尤其是人类的大脑——经常被比作计算机。这个类比有其局限性，但在某些级别上，它们以类似的方式执行任务。

两者都使用电压的力量来执行各种操作。在计算机中，它以相当简单的电子流过称为晶体管的交叉点的形式。

在神经元中，信号以打开和关闭通道波的形式出现，这些通道交换带电粒子，例如钠、氯化物和钾。这种流动的离子脉冲称为动作电位.

神经元不是晶体管，而是在称为树突的分支末端以化学方式管理这些信息。

“树突是理解大脑的核心，因为它们是决定单个神经元计算能力的核心，”洪堡大学神经科学家马修·拉库姆告诉沃尔特·贝克维斯2020 年 1 月在美国科学促进会 （American Association for the Advancement of Science） 上发表演讲。

树突是我们神经系统的红绿灯。如果动作电位足够重要，它可以传递给其他神经，这些神经可以阻断或传递信息。

这就是我们大脑的逻辑基础——电压涟漪，可以以两种形式集体交流：要么和message （如果 x和y 触发，则传递消息）;或或message （如果 x或y 触发，则传递消息）。

可以说，这在人类中枢神经系统密集、起皱的外部最为复杂;大脑皮层。更深的第二层和第三层特别厚，充满了执行我们与感觉、思想和运动控制相关的高阶功能的分支。

研究人员仔细观察了这些层的组织，将细胞连接到一种称为体树突膜片钳的装置上，以在每个神经元上下发送主动电位，记录它们的信号。

“当我们第一次看到树突动作电位时，有一个'尤里卡'时刻，”“Larkum 说.

为了确保任何发现都不是癫痫患者独有的，他们在从脑肿瘤中提取的少数样本中仔细检查了他们的结果。

虽然该团队进行了类似的实验对老鼠，他们观察到的在人类细胞中嗡嗡作响的信号类型非常不同。

更重要的是，当他们给细胞注射一种名为河豚 毒素，他们还是找到了一个信号。只有通过阻断钙，一切都安静了下来。

找到钙介导的动作电位已经足够有趣了。但是，对这种敏感的新型信号在皮层中的工作方式进行建模，揭示了一个惊喜。

除了逻辑和和或-类型的函数，这些单独的神经元可以充当“独家”或(异或） 交集，仅当另一个信号以特定方式分级时，才允许一个信号。

“传统上，异或运营被认为需要网络解决方案。研究人员写道.

需要做更多的工作来观察 dCaAP 在整个神经元和生命系统中的表现。更不用说它是不是人类的东西，或者类似的机制是否在动物王国的其他地方进化出来。

技术也是关注我们自己的神经系统有关如何开发更好的硬件的灵感;了解我们自己的单个电池还有更多技巧，可能会带来将晶体管联网的新方法。

这种被挤进单个神经细胞的新逻辑工具究竟是如何转化为更高功能的，是未来研究人员需要回答的问题。

这项研究发表在科学.

本文的早期版本发表于 2020 年 1 月。

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