树欲静而风不止,解密神经元脉冲如何产生感知、想法和动作

▲JOE Z. TSIEN博士

美国奥古斯塔大学乔治亚医学院的神经学家Joe z.Tsien博士发现神经元发出的脉冲间隔可以产生感知、想法和动作,并创建了新的神经自信息理论,论文近日发表在《大脑皮层》杂志上。

之前人们普遍认为,神经元通过发出称作“动作电位”的电脉冲来产生感知、想法和动作。衡量神经元活动的标准一直存在一个难题:神经元本质上一直发出某种程度的脉冲并存在自发波动,就像是海洋的表面,看起来很平静,但从来没有真正静止过。

许多科学家都注意到,即使是相同的神经元,对相同的刺激或静息状态,反应也会有变化。所以一定有某种操作原则,使我们在这种持续变化的情况下,能够进行实时思考和行动。大脑科学家们把这个几十年的谜题称为神经密码。

Tsien的团队通过监测各种活动中的小鼠神经元,发现一群神经元会在同一时间内进入一个非典型状态,不是发出动作电位的状态,而是动作电位之间相对静息的阶段,也就是脉冲间隔。Tsien认为,在同一时间内进入脉冲间隔的神经元是实时产生感知、行动和思想的细胞群体的一部分。

“这是一个关于神经元活动如何编码信息的非常普遍的发现。大脑似乎利用脉冲间隔来对信息进行加密。”Tsien说。通过这个新的神经元自信息理论,研究人员已经确定了15组大脑皮层和海马区的细胞组合,它们共同作用使睡眠周期,感知和反应成为可能。

例如,将一束光照在墙上,当小鼠在光斑的位置打洞并及时回到起始位置时就可以得到食物。这是个简单的任务,但是需要高度的注意力,而关于大脑如何执行这项任务,我们知之甚少。为了识别出帮助小鼠成功的细胞群体,研究人员必须找出每个神经元超出正常范围的脉冲间隔是什么样子。然后在记录的所有细胞中,识别出那些同时进入特殊的非典型状态的细胞,就像是一个健谈的人突然陷入了沉默。

“那正是神经元群体聚在一起编码一列思想或一套行动的时候。但如果这种情况经常发生,那就意味着它没有搭载太多的信息,而是处于一个基态,”Tsien博士补充道。

编译:花花 审稿:alone

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