在人脑中检测到了首创的信号

科学家们已经发现了一种发生在人脑中的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。

早在 2020 年，来自德国和希腊研究所的研究人员就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方式来执行其逻辑功能。

通过测量癫痫患者手术期间切除的组织部分的电活动，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“燃烧”，而且还使用钙。

这种带正电的离子组合引发了以前从未见过的电压波，称为钙介导的树突状动作电位或dCaAP。

大脑——尤其是人类的大脑——经常被比作计算机。这个比喻有其局限性，但在某些层面上，它们以类似的方式执行任务。

两者都使用电压的功率来执行各种操作。在计算机中，它以相当简单的电子流的形式通过称为晶体管的交叉点。

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，如钠、氯化物和钾。这种流动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（Matthew Larkum）告诉沃尔特·贝克威斯（Walter Beckwith）2020 年 1 月在美国科学促进会。

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

这是我们大脑的逻辑基础——电压的涟漪，可以以两种形式集体交流：要么是和消息（如果 x和y 被触发，消息被传递）;或或消息（如果 x或y 被触发，消息被传递）。

可以说，没有比人类中枢神经系统密集、皱巴巴的外部更复杂的了;大脑皮层。更深的第二层和第三层特别厚，挤满了树枝，这些树枝执行我们与感觉、思想和运动控制相关的高阶功能。

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生长树突膜片钳的装置上，以向每个神经元上下发送活性电位，记录它们的信号。

“当我们第一次看到树突状动作电位时，有一个'尤里卡'时刻，”拉库姆说.

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关于大鼠，他们观察到的通过人体细胞嗡嗡作响的信号种类非常不同。

更重要的是，当他们给细胞注射一种称为河豚 毒素，他们还是找到了信号。只有阻断钙，一切都安静了下来。

找到由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大脑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-type 功能，这些单个神经元可以充当“独家”或(异或） 交叉路口，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，异或人们认为运营需要网络解决方案。研究人员写道.

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

技术也是着眼于我们自己的神经系统获得有关如何开发更好硬件的灵感;知道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。

究竟，这种新的逻辑工具是如何被挤压到单个神经细胞中转化为更高功能的，这是未来研究人员需要回答的问题。

这项研究发表在科学.

本文最初发表于2020年1月。

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