新的线索到叫作神经元的脑子的超复杂细胞里的奥秘

他们的发现 - 出现于日记帐本质神经科学的本月的问题 - 抗辩关于 “算术”神经元使用的一个广泛赞成的想法对处理信息。

“是惊人的在一一百年现代神经科学研究以后，我们仍然不认识神经元的基本的信息处理的功能”，说巴特利特麦，工程 USC Viterbi 学校和期刊文章的贡献的作者的一位副教授。

“历史上，经常假设，脑细胞线性地合计其兴奋输入，意味励磁由二输入 A 导致，并且一起被激活的 B 等于 A 和 B 造成的励磁的总和分别地存在”。

“我们显示这个细胞极大违犯该规律”， Mel 说。

这个小组发现信息的总和在一个单个神经元内的取决于输入发生，相对彼此，在这个细胞的表面的地方。

要了解其发现的小组的工作和意义，它帮助知道有点更多关于脑细胞。

在脑子进行的所有信息处理由神经元万维网管理。 这些活细胞进来各种各样的形状和范围，经常类似于结构树或灌木。

神经元从其他神经元接受输入在其表面间 - 叫的染色体结合 - 分散的千位站点。 当激活时，其中每一个染色体结合生成一种小的局部电压回应它。

根据神经元的古典视图，突触神经的回应流在细胞的象分行的枝状突起下，操作象电缆并且累计在池体。 如果那里整体电压回应是满足的，一个电子峰值被射击，运载在细胞的轴突下并且被传达对数百或千位其他神经元。

“最近证据建议这个故事不相当是简单，虽然”， Mel 说。 “输入信号在他们的对池体的途中可能彼此配合在枝状突起，并且可能深刻地被变换”。

“特别是”，被添加的，在某种状况下，麦， “这个树状结构树的各自的分行可能生成在这个树状结构树内非常地放大突触神经的回应局部的局部峰值”。

这个小组下决心设立神经元”用于的 “算术结合突触神经的输入，着重组成批量项目货签脑子的表皮灰质的金字塔型神经元。

试验在海法，由 Alon Polsky，纸和研究生和杰基 Schiller、贡献的作者和共同首席调查员的主要作者的以色列做了 Technion 的。

使用片式从汇率的表皮脑组织， Polsky 和 Schiller 设置了各自的金字塔形神经元，装载他们用形象化目的染料 (细胞否则透明)，并且，使用细胞外电极，刺激了细胞非常紧密对他们的树状分行。

当记录电压在池体时，这个小组通过一两个刺激的电极会提供冲击处理对这个树状结构树的不同的地点，例如，对同样或不同的树状分行。

当分别地然后首先激活了二输入一起，他们然后将比较电压回应在池体。

“关于 [Schiller 的] 方法的强大的事情是您能看到您哪里刺激，因为这种染料增长少许更加明亮的染色体结合被激活”，麦说，远程地与这个小组一起使用从 USC 在合作在实验设计和数据分析旁边。

“您能处理刺激到这个细胞的非常详细的空间的地点和开始查看区别地点做。 老不动产说明 ` 地点，地点，地点’为神经元适用”。

数据向显示三个不同方案可能发生，当二个电极 A 和 B 用于刺激同一个树状分行：

• 如果对二输入的总回应 (在分行的局部生火阈值下的电极 A 和 B) 秋天，这个总和看起来线性 - A 加上 B。

• 如果他们一起过这个局部阈值的二输入严格足够，这个总和比 A 看起来 superlinear - 更多加上 B。

• 如果每单个输入是足够严格单独过这个局部阈值，这个总和比 A 置于线下 - 较少加上 B。

麦这样解释了最后点： “如果二个人设法一起建立火，并且他们中的每一有符合，火不两次是一样明亮去的烧伤或两次，象热由于第二符合，一旦它已经开始与第一。 第二符合是毫不相关的”。

与输入的总和对比被提供到同一个分行，研究员发现输入的总和在不同的树状分行的总是看起来线性 - 象照明设备二不同火。

发现支持在麦的实验室执行的一个 2003年塑造的研究，他和研究生 Panayiota Poirazi 预计金字塔形神经元这样将正常运行。 这是那些预测第一个实验测试。

“如此，我们现在认为神经元根据二层设计”， Mel 说。 “第一块层处理在单独树状分行内发生。 每个分行独立地把输入加起来到该分行，然后适用其自己的局部阈值化非线形性”。

“在第二块层处理”，麦被添加， “从所有不同的分行的结果线性地加起来在池体，他们帮助确定细胞的整体射速”。

当结果是有为的时，这个小组肯定这不是在金字塔形神经元的最终字。

“无疑地，这仍然是太简单的设计”， Mel 说。 _ "But the two-layer model is a better description, it seems, than to assume that the neuron is simply combining everything linearly from everywhere. 那不明显地是什么这些数据显示”。

根据麦，必须最终处理的一另外的复杂是到达突触神经的输入至多神经元的远程零件 - 叫顶端一束 - 可能配合用细微的方式与到达在基础枝状突起的输入，离池体较近。

“我们现在希望发现我们是否需要对三层设计扩大二层设计”， Mel 说。 “也许是基础和顶端枝状突起其中每一正常运行，我们说，但是，当他们彼此时配合有发生在他们之间的另外的非线性交往”。

麦强调 “算术”规律在金字塔形神经元和他的同事找到的他可能不适用于在脑子的所有神经元。

“有有不同的形状的其他神经元，输入、形态学和离子通道”，他说。 “也许有一十二个不同答复到这个问题，根据什么神经元您查看”。

当更多工作在前面时，新的成象技术、栩栩如生的设计和现代实验室工作程序使这项任务了解脑子的复杂化的神经元很多更加容易。

最终， Mel 说，取得的经验从各自的神经元将是关键提前研究员’了解整体上脑子。

“我们倾向于查看脑子作为计算机”，他说。 “如果我们要推测此计算机如何运转，我们必须首先知道其单独零件如何发挥作用”。

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