科学家们发现了人类大脑中发生的一种独特的细胞信息传递形式，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可能比我们想象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，该机制可以自行产生一种新颖的“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中切除的组织部分的电活动，并使用荧光显微镜分析其结构，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“放电”，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（dCaAP）。
大脑？ 尤其是人类品种？ 人们经常将其与计算机进行比较。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。
两者都使用电压的力量来执行各种操作。 在计算机中，它的形式是相当简单的电子流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存在，这些通道交换带电粒子，例如钠、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。
洪堡大学神经科学家表示：“树突对于理解大脑至关重要，因为它们是决定单个神经元计算能力的核心。”马修·拉库姆告诉沃尔特·贝克威斯2020 年 1 月在美国科学促进会。
树突是我们神经系统的红绿灯。 如果动作电位足够大，它可以传递到其他神经，从而阻止或传递信息。
这就是我们大脑的逻辑基础？ 电压纹波可以通过两种形式共同传达：和消息（如果 x和y被触发，消息被传递）； 或一个或者消息（如果 x或者y 被触发，消息被传递）。
可以说，没有什么地方比人类中枢神经系统密集、起皱的外部部分更复杂了。 大脑皮层。 更深的第二层和第三层特别厚，充满了执行与感觉、思想和运动控制相关的高阶功能的分支。
研究人员仔细观察了这些层的组织，将细胞连接到一种称为体树突膜片钳的装置上，以在每个神经元上下发送活跃电位，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‘灵光乍现’的时刻，”拉库姆说。
为了确保任何发现并非癫痫患者所独有，他们对取自脑肿瘤的少量样本进行了双重检查。
虽然该团队进行了类似的实验对老鼠，他们观察到的通过人体细胞发出的嗡嗡声信号种类非常不同。
更重要的是，当他们给细胞注射一种称为钠通道阻滞剂的药物时，河豚毒素，他们还是发现了信号。 只有堵住钙，一切才归于平静。
寻找由钙介导的动作电位是很有趣的。 但对这种敏感的新型信号在皮层中的工作方式进行建模，结果令人惊讶。
除了逻辑上的和和或者-类型功能，这些单独的神经元可以充当'独家的'或者（异或) 交叉点，仅当另一个信号以特定方式分级时才允许一个信号。
“传统上，异或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 dCaAP 在整个神经元和生命系统中的表现。 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。
技术也是寻找我们自己的神经系统寻找如何开发更好的硬件的灵感； 了解我们自己的单个细胞还有更多的技巧可能会带来晶体管网络的新方法。
这种挤入单个神经细胞的新逻辑工具究竟如何转化为更高的功能，是未来研究人员需要回答的问题。
这项研究发表于科学。
本文的一个版本最初发布于 2020 年 1 月。
