科学家在人脑中检测到一种前所未有的信号
科学家们发现了一种在人类大脑中发生的独特形式的细胞信息传递，这是以前从未见过的。令人兴奋的是，这一发现暗示我们的大脑是一个比我们意识到的更强大的计算单元。
去年年初，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，它可以自行产生一种新的“分级”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期间切除的组织切片的电活动，并使用荧光显微镜分析它们的结构，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“发射”，还使用钙离子。
这种带正电离子的组合引发了以前从未见过的电压波，称为钙介导的树突动作电位或 dCaAP。
大脑——尤其是人类的大脑——经常被比作计算机。这个类比有其局限性，但在某些层面上，它们以类似的方式执行任务。
两者都使用电压来执行各种操作。在计算机中，它是以一种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的波的形式交换带电粒子，如钠、氯和钾。这种流动离子的脉冲称为动作电位。
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）于 2020 年 1 月在美国科学促进会告诉 Walter Beckwith。
树突是我们神经系统的交通灯。如果动作电位足够显着，它可以传递到其他神经，这些神经可以阻止或传递信息。
这是我们大脑的逻辑基础——电压波可以以两种形式共同传达：AND 消息（如果 x 和 y 被触发，则消息被传递）；或 OR 消息（如果触发 x 或 y，则传递消息）。
可以说，这最复杂的莫过于人类中枢神经系统密集大脑皮层。更深的第二层和第三层特别厚，布满了执行我们与感觉、思想和运动控制相关联的高阶功能的分支。
研究人员仔细观察了来自这些层的组织，将细胞连接到一种称为体细胞树突膜片钳的装置上，以向上和向下发送每个神经元的活动电位，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'eureka’（eureka是指因找到某物，尤指问题的答案而高兴）时刻，”拉库姆说。
为确保任何发现都不是癫痫患者独有的，他们在少数脑肿瘤样本中再次检查了他们的结果。
虽然研究小组对老鼠进行了类似的实验，但他们观察到的通过人类细胞的信号种类却大相径庭。
更重要的是，当他们给细胞注射一种名为河豚毒素的钠通道阻滞剂时，他们仍然发现了类似信号，只有阻断钙，一切才安静下来。
寻找由钙介导的动作电位非常有趣。但是，对这种敏感的新型信号在皮层中工作的方式进行建模，却让人大吃一惊。
除了逻辑 AND 和 OR 类型的功能之外，这些单个神经元还可以充当“排他性”OR (XOR) 交叉点，仅当另一个信号以特定方式分级时才允许发出信号。
“传统上，XOR 操作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了解 dCaAPs 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已经在动物王国的其他地方进化出来。
技术也在从我们自己的神经系统中寻找如何开发更好硬件的灵感；知道我们自己的单个细胞有更多的技巧，可以引导我们找到新的方法来制造新的网络晶体管。
究竟这个新的逻辑工具如何被挤入单个神经细胞，转化为更高的功能，是未来研究人员需要回答的问题。