一项新的研究表明，
，位于人类大脑最外层的细胞会产生一种特殊的电信号，这可能会给它们带来额外的计算能力。更重要的是，据研究作者说，这种信号可能是人类独有的，也可能解释了我们独特的智力。
脑细胞，或神经元，通过长而分叉的电线连接起来，并沿着这些电缆传递信息以相互交流。每个神经元都有一根叫做轴突的出线，和一根叫做树突的用来接收信息的出线。树突通过突发性的电活动将信息传递给神经元的其他部分。根据大脑的连接方式，每个树突可能会接收到沿其长度的其他神经元发出的数十万个信号。虽然科学家认为这些电脉冲有助于连接大脑，并可能成为学习和记忆等能力的基础，但树突在人类认知中的确切作用仍然是个谜。
现在，研究人员在人类树突中发现了一种新的电尖峰——他们认为这种电尖峰可能使细胞能够进行曾经认为单个神经元难以独立完成的计算。这项研究发表在1月3日的《科学》(Science)杂志上。研究指出，除了人类以外，从未在任何动物组织中观察到这种新发现的电学特性，这引发了一个问题:这种信号是对人类智力的独特贡献，还是对灵长类(我们的进化表亲)的智力有贡献?
一个奇怪的信号
柏林洪堡大学(Humboldt University)生物系教授马修·拉库姆(Matthew Larkum)是这项研究的共同作者，他说，到目前为止，大多数关于树突的研究都是在啮齿动物的组织中进行的，这些组织与人类的脑细胞有共同的基本特性。然而，人类神经元的长度是老鼠的两倍，他说。
“这意味着电信号必须传播两倍的距离，”Larkum告诉Live Science。“如果(啮齿类动物和人类之间的)电学特性没有变化，那就意味着，在人类身上，同样的突触输入会变得相当弱。”换句话说，树突接收到的电脉冲在到达神经元的胞体时将会显著减弱。
所以Larkum和他的同事们开始揭示人类神经元的电学特性，看看这些较长的树突是如何有效地发送信号的。
这不是一件容易的事。
首先，研究人员必须获得人类脑组织样本，这是一种出了名的稀缺资源。研究小组最终使用了从癫痫和肿瘤患者的大脑中切下的神经元作为治疗的一部分。研究小组重点研究了从大脑皮层切除的神经元，大脑皮层是大脑褶皱的外层，包含几个不同的层。根据《科学》杂志的一份声明，在人类身上，这些层拥有密集的树突网络，并长得非常厚，这一属性可能是“我们之所以成为人类的根本原因”。
Larkum说:“你很少会接触到组织，198
198彩注册彩注册正规网址是什，所以你必须处理你面前的东西。”他补充说，你必须快速行动。在体外，缺氧的脑细胞只能存活两天左右。为了充分利用这个有限的时间窗口，Larkum和他的团队会尽可能长时间地收集给定样本的测量数据，有时会连续工作24小时。
在这些实验过程中，研究小组将脑组织切成薄片，并在其中的树突上戳洞。通过将薄的玻璃吸液管插入这些小孔，研究人员可以将离子或带电粒子注入树突中，观察它们在电活动中的变化。正如所预料的那样，受刺激的树突产生了电活动的尖峰，但这些信号看起来与以前所见的非常不同。
每一个脉冲只点燃很短的一段时间——大约一毫秒。在啮齿类动物组织中，这种超短脉冲发生在钠离子大量进入树突的时候，这是由特定的电活动积累引起的。Larkum说，钙也能在啮齿动物的树突中触发峰值，但这些信号的持续时间是钠峰值的50到100倍。然而，研究小组在人体组织中发现的似乎是一种奇怪的混合。
Larkum说:“虽然它看起来像一个钠事件，但它实际上是一个钙事件。”研究人员测试了如果阻止钠离子进入他们的树突样本会发生什么，结果发现这些尖峰继续不减弱地燃烧。更重要的是，超短的脉冲一个接一个地快速发射。但是当研究人员阻止钙进入神经元时，这些尖峰停止了。科学家们得出的结论是，他们偶然发现了一种全新的刺突，其持续时间与钠类似，但由钙控制。
加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)神经学、神经生物学、物理学和天文学教授马扬克·梅赫塔(Mayank Mehta)说:“这些(峰值)看起来与我们迄今所知的其他哺乳动物不同。”梅赫塔没有参与这项研究。他说，198彩票带玩团队是哪个，去198彩娱乐官网一
198彩票注册查就知道了。，最大的问题是，这些峰值与实际的大脑功能有什么关系。
计算强国
Larkum和他的同事们无法测试切片样本在完整人脑中的表现，因此他们根据研究结果设计了一个计算机模型。在大脑中，树突从附近的神经元接收信号，这些信号要么推动树突产生一个尖峰，要么阻止它们这样做。同样，研究小组设计了数字树突，可以从数千个不同的点上刺激或抑制它们的长度。从历史上看，研究表明，随着时间的推移，树突会累积这些相反的信号，当兴奋性信号的数量超过抑制性信号时，就会产生一个峰值。
但数字树突却完全不是这样。
“当我们仔细观察时，我们可以看到这种奇怪的现象，”Larkum说。一个树突接收到的兴奋信号越多，就越不可能产生一个尖峰。相反，给定树突的每个区域似乎都“调谐”以响应特定水平的刺激——不多不少。
但这对实际的大脑功能意味着什么呢?Larkum说，这意味着树突可能在其长度的每一点处理信息，作为一个统一的网络来决定发送哪些信息，丢弃哪些信息，单独处理哪些信息。
梅塔在接受《生活科学》杂志采访时表示:“细胞并不只是在添加东西，它也在丢弃东西。”(在这种情况下，“丢弃”的信号将是兴奋性信号，没有被正确地调整到树突区域的“最佳位置”。)例如，梅塔认为单个树突甚至可以编码记忆。
曾经，神经科学家认为整个神经元网络一起工作来完成这些复杂的计算，并决定如何作为一个群体做出反应。现在，似乎是一个单独的树突独自完成了这种精确的计算。
也许只有人类的大脑才拥有这种令人印象深刻的计算能力，但是Larkum说现在下结论还为时过早。他和他的同事们想要在啮齿类动物中寻找这种神秘的钙峰值，以防在过去的研究中被忽视。他还希望在灵长类动物的类似研究中进行合作，看看人类树突的电学特性是否与我们的进化亲戚相似。
梅赫塔说，这些峰值不太可能让人类变得比其他哺乳动物更特别或更聪明。他补充说，这可能是人类大脑皮层L2/3神经元独有的新发现的电特性，因为啮齿类动物的大脑也会在大脑的特定区域产生特定的尖刺。
在过去的研究中，梅塔发现啮齿动物的树突也会产生各种各样的尖刺，但其确切功能仍不清楚。有趣的是，这些刺突中只有一小部分会在它们所插入的细胞体中引发反应，他说。在啮齿动物的神经元中，大约90%的树突突刺不会从细胞体中发出电信号，这表明啮齿动物和人类的树突突突可能在以我们尚不了解的方式独立地处理信息。
我们对学习和记忆的理解大多源于对神经元细胞体及其输出电缆轴突产生的电活动的研究。但这些发现表明，“大脑中的大部分峰值可能发生在树突上，”梅塔说。“这些峰值可能会改变学习规则。”
