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人类大脑中首次发现此类信号:ScienceAlert

人类大脑中首次发现此类信号:ScienceAlert

科学家们已经能够识别出人脑中发生的一种独特的细胞信息传递形式。 它揭示了我们仍然需要了解其神秘的内部运作方式。

有趣的是,这一发现表明我们的大脑可能是比我们想象的更强大的计算单元。

2020 年,来自德国和希腊研究所的研究人员报告了大脑细胞外皮质细胞中的一种机制,该机制会产生自己的新“梯度”信号,该信号可以为单个神经元提供另一种方式来执行其逻辑功能。

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,神经科学家发现大脑皮层中的单个细胞不仅使用通常的钠离子来放电,还使用钙离子。

这种带正电离子的组合触发了以前从未见过的电位波,这被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。 事实上,这种测量有其局限性,但在某些层面上,设备以类似的方式执行任务。

两者都使用电压的力量来执行不同的操作。 在计算机中,这是电子通过称为晶体管的结点的简单流动。

在神经元中,信号以开放和封闭通道波的形式存在,这些通道交换带电粒子,如钠、氯和钾。 这种流动离子的脉冲称为脉冲 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传导这些信息。

“神经元树突是理解大脑的基础,因为它们构成了决定单个神经元计算能力的核心,”洪堡大学神经科学家说。 马修·拉科姆告诉沃尔特·贝克威斯 2020 年 1 月在美国科学促进会。

神经树突是我们神经系统中的交通信号。 如果动作电位足够大,就可以传递到其他神经,从而可以阻断或传递信息。

这就是我们大脑的基本原理 – 电压纹波可以通过两种形式共同传达: 消息(如果 x 如果打开,则消息被传递); 或者 或者 消息(如果 x 或者 y 运行,并且消息被传递)。

这肯定比人类中枢神经系统密集、皱纹的外部区域中的任何其他部分都要复杂。 大脑皮层。 第二层和第三层特别厚,充满了执行更高级别功能的分支,这些功能与我们的感觉、思想和运动控制相关。

研究人员仔细检查了这些层的组织,将细胞连接到一种称为树突体突触的装置,以在每个神经元上下发送活跃电位,记录其信号。

“当我们第一次看到树突动作电位时,有一个令人惊奇的顿悟时刻,” 拉科姆说

为了确保任何发现并非癫痫患者所独有,他们在取自脑肿瘤的少量样本中重新验证了他们的发现。

虽然团队进行了类似的实验 在老鼠身上他们观察到的人类细胞发出的嗡嗡声信号类型非常不同。

更重要的是,当他们给细胞注射一剂名为河豚毒素的钠通道阻滞剂时,他们发现了一个信号。 只有不吃钙,一切都会平静下来。

钙介导的动作电位的发现非常有趣。 但对这种敏感的新型信号在大脑皮层中的工作方式进行建模却令人惊讶。

除了逻辑之外 或者– 类型功能,这些单独的神经元可以充当 '独家的' 或者异或) 交叉点,仅当另一个信号以某种样式分类时才允许一个信号。

“传统上, 异或 “人们相信这个过程需要网络解决方案。” 研究人员写道

需要付出更多努力来了解 dCaAP 蛋白在整个神经元和生命系统中的行为方式。 更不用说这些蛋白质是否是人造的,或者类似的机制是否已经在动物王国的其他地方进化出来。

技术还向我们的神经系统寻求灵感,以开发更好的设备; 了解我们的各个单元背后有更多的技巧可能会带来晶体管互连的新方法。

这种嵌入单个神经元的新推理工具如何转化为更高的功能是未来研究人员必须回答的问题。

这项研究发表于 科学

本文原始版本发表于 2020 年 1 月。

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