神经元的天线在神经计算中异常活跃

2019年12月25日15:39:45神经元的天线在神经计算中异常活跃已关闭评论
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大多数神经元都有许多称为树突的分支扩展,它们从成千上万的其他神经元接收输入。树突不仅是被动的信息载体。根据麻省理工学院的一项新研究

大多数神经元都有许多称为树突的分支扩展,它们从成千上万的其他神经元接收输入。树突不仅是被动的信息载体。根据麻省理工学院的一项新研究,它们似乎在神经元将传入信号转化为电活动的能力中发挥了令人惊讶的巨大作用。

神经科学家此前曾怀疑,在特定情况下树突可能很少活跃,但是MIT小组发现,当神经元的主要细胞体活跃时,树突几乎总是活跃的。

麻省理工学院的研究生,该研究的主要作者楼·博里厄-拉罗什说:“树突状刺突似乎是大脑中神经元如何计算信息的一个固有特征。这并非罕见事件。”“我们观察的所有神经元都有这些树突状棘突,而且它们非常频繁地具有树突状棘突。”

麦克戈文研究所成员弗雷德和卡洛德米德尔顿脑与认知科学职业发展助理教授马克•哈内特(Mark Harnett)说,这些发现表明树突在脑计算能力中的作用比以前认为的要大得多。脑研究,该论文的高级作者。

他说:“与该领域一直在思考的方式确实有很大不同。”“这证明树突活跃地参与了神经元的产生和成形。”

研究生Enrique Toloza和技术助理Norma Brown也是该论文的作者,该论文于6月6日发表在Neuron上。

“遥远的天线”

Dendrites接收来自许多其他神经元的输入,并将这些信号传递至细胞体,也称为神经元。索玛如果受到足够的刺激,神经元就会激发动作电位-一种电脉冲,会传播到其他神经元。这些神经元的大型网络相互通信以执行复杂的认知任务,例如产生语音。

通过成像和电记录,神经科学家已经了解了大脑皮层中不同类型神经元之间在解剖学和功能上的差异,但是对于它们如何结合树突状输入并决定是否激发动作电位知之甚少。树突使神经元具有其特征性的分支树形状,“树突状乔木”的大小远远超过了体细胞的大小。

哈内特说:“这是一个巨大的,遥远的天线,它正在侦听沿着网络中所有其他神经元的分支结构分布在空间中的数千个突触输入。”

一些神经科学家假设树突状细胞很少活跃,而另一些人则认为树突状细胞可能在神经元的整体活动中发挥更重要的作用。Harnett说,到目前为止,要测试这些想法中的哪一个更为准确一直很困难。

为了探索树突在神经计算中的作用,麻省理工学院的研究小组使用钙成像技术同时测量了大脑视觉皮层中单个神经元的体细胞和树突的活性。钙在电活动时会流入神经元,因此该测量结果使研究人员可以比较同一神经元的树突和体细胞的活性。成像是在老鼠执行简单的任务(例如在跑步机上跑步或看电影)时完成的。

出乎意料的是,研究人员发现,体细胞中的活性与枝晶活性高度相关。也就是说,当特定神经元的躯体处于活动状态时,该神经元的树突在大多数情况下也处于活动状态。Harnett说,这尤其令人惊讶,因为这些动物没有执行任何形式的认知任务。

他说:“他们并没有从事必须真正执行并要求认知过程或记忆的任务。这是非常简单的低级处理,而且我们已经有证据表明几乎所有神经元都进行了主动树突处理。”说。“看到这一点,我们感到非常惊讶。”