新的線索到叫作神經元的腦子的超複雜細胞裡的奧秘

他們的發現 - 出現於日記帳本質神經科學的本月的問題 - 抗辯關於 「算術」神經元使用的一個廣泛讚成的想法對處理信息。

「是驚人的在一一百年現代神經科學研究以後，我們仍然不認識神經元的基本的信息處理的功能」，說巴特利特麥，工程 USC Viterbi 學校和期刊文章的貢獻的作者的一位副教授。

「歷史上，經常假設，腦細胞線性地合計其興奮輸入，意味勵磁由二輸入 A 導致，并且一起被激活的 B 等於 A 和 B 造成的勵磁的總和分別地存在」。

「我們顯示這個細胞極大違犯該規律」， Mel 說。

這個小組發現信息的總和在一個單個神經元內的取決於輸入發生，相對彼此，在這個細胞的表面的地方。

要瞭解其發現的小組的工作和意義，它幫助知道有點更多關於腦細胞。

在腦子進行的所有信息處理由神經元萬維網管理。 這些活細胞進來各種各樣的形狀和範圍，經常類似於結構樹或灌木。

神經元從其他神經元接受輸入在其表面間 - 叫的染色體結合 - 分散的千位站點。 當激活時，其中每一個染色體結合生成一種小的局部電壓回應它。

根據神經元的古典視圖，突觸神經的回應流在細胞的像分行的枝狀突起下，操作像電纜并且累計在池體。 如果那裡整體電壓回應是滿足的，一個電子峰值被射擊，運載在細胞的軸突下并且被傳達對數百或千位其他神經元。

「最近證據建議這個故事不相當是簡單，雖然」， Mel 說。 「輸入信號在他們的對池體的途中可能彼此配合在枝狀突起，并且可能深刻地被變換」。

「特別是」，被添加的，在某種狀況下，麥， 「這個樹狀結構樹的各自的分行可能生成在這個樹狀結構樹內非常地放大突觸神經的回應局部的局部峰值」。

這個小組下決心設立神經元」用於的 「算術結合突觸神經的輸入，著重組成批量項目貨簽腦子的表皮灰質的金字塔型神經元。

試驗在海法，由 Alon Polsky，紙和研究生和傑基 Schiller、貢獻的作者和共同首席調查員的主要作者的以色列做了 Technion 的。

使用片式從匯率的表皮腦組織， Polsky 和 Schiller 設置了各自的金字塔形神經元，裝載他們用形象化目的染料 (細胞否則透明)，并且，使用細胞外電極，刺激了細胞非常緊密對他們的樹狀分行。

當記錄電壓在池體時，這個小組通過一兩個刺激的電極會提供衝擊處理對這個樹狀結構樹的不同的地點，例如，對同樣或不同的樹狀分行。

當分別地然後首先激活了二輸入一起，他們然後將比較電壓回應在池體。

「關於 [Schiller 的] 方法的強大的事情是您能看到您哪裡刺激，因為這種染料增長少許更加明亮的染色體結合被激活」，麥說，遠程地與這個小組一起使用從 USC 在合作在實驗設計和數據分析旁邊。

「您能處理刺激到這個細胞的非常詳細的空間的地點和開始查看區別地點做。 老不動產說明 ` 地點，地點，地點』為神經元適用」。

數據向顯示三個不同方案可能發生，當二個電極 A 和 B 用於刺激同一個樹狀分行：

• 如果對二輸入的總回應 (在分行的局部生火閾值下的電極 A 和 B) 秋天，這個總和看起來線性 - A 加上 B。

• 如果他們一起過這個局部閾值的二輸入嚴格足够，這個總和比 A 看起來 superlinear - 更多加上 B。

• 如果每單個輸入是足够嚴格單獨過這個局部閾值，這個總和比 A 置於線下 - 較少加上 B。

麥這樣解釋了最後點： 「如果二個人設法一起建立火，并且他們中的每一有符合，火不兩次是一樣明亮去的燒傷或兩次，像熱由於第二符合，一旦它已經開始與第一。 第二符合是毫不相關的」。

與輸入的總和對比被提供到同一個分行，研究員發現輸入的總和在不同的樹狀分行的總是看起來線性 - 像照明設備二不同火。

發現支持在麥的實驗室執行的一個 2003年塑造的研究，他和研究生 Panayiota Poirazi 預計金字塔形神經元這樣將正常運行。 這是那些預測第一個實驗測試。

「如此，我們現在認為神經元根據二層設計」， Mel 說。 「第一塊層處理在單獨樹狀分行內發生。 每個分行獨立地把輸入加起來到該分行，然後適用其自己的局部閾值化非線形性」。

「在第二塊層處理」，麥被添加， 「從所有不同的分行的結果線性地加起來在池體，他們幫助確定細胞的整體射速」。

當結果是有為的時，這個小組肯定這不是在金字塔形神經元的最終字。

「無疑地，這仍然是太簡單的設計」， Mel 說。 _ "But the two-layer model is a better description, it seems, than to assume that the neuron is simply combining everything linearly from everywhere. 那不明顯地是什麼這些數據顯示」。

根據麥，必須最終處理的一另外的複雜是到達突觸神經的輸入至多神經元的遠程零件 - 叫頂端一束 - 可能配合用細微的方式與到達在基礎枝狀突起的輸入，離池體較近。

「我們現在希望發現我們是否需要對三層設計擴大二層設計」， Mel 說。 「也許是基礎和頂端枝狀突起其中每一正常運行，我們說，但是，當他們彼此時配合有發生在他們之間的另外的非線性交往」。

麥強調 「算術」規律在金字塔形神經元和他的同事找到的他可能不適用於在腦子的所有神經元。

「有有不同的形狀的其他神經元，輸入、形態學和離子通道」，他說。 「也許有一十二個不同答復到這個問題，根據什麼神經元您查看」。

當更多工作在前面時，新的成像技術、栩栩如生的設計和現代實驗室工作程序使這項任務瞭解腦子的複雜化的神經元很多更加容易。

最終， Mel 說，取得的經驗從各自的神經元將是關鍵提前研究員』瞭解整體上腦子。

「我們傾向於查看腦子作為計算機」，他說。 「如果我們要推測此計算機如何運轉，我們必須首先知道其單獨零件如何發揮作用」。

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