Science：顛覆認知，大腦的計算能力要高10倍以上

　　加州大學洛杉磯分校的科學家 3 月 9 日發表在《 Science 》上的一項新研究可能會改變科學家對大腦是如何工作的理解，并可能導致用于治療神經系統疾病的新方法以及開發“思考” 更像人類的計算機。

　　神經元的電信號傳導

　　該研究主要集中于樹突的結構和功能，其是神經元的組成。神經元是構成神經系統結構和功能的基本單位，它由細胞體和細胞突起構成。胞體產生短暫的電脈沖“峰值”來彼此連接和傳遞信號。科學家們普遍認為，胞體產生電脈沖激活樹突，樹突被動地發送電信號給其他神經元胞體，但這從未得到過驗證。這個過程是記憶是如何形成以及存儲的基礎。科學家們也普遍認為， 傳導電信號是樹突的主要作用。

　　樹突能產生電脈沖

　　但加州大學洛杉磯分校研究小組發現，樹突并不只是被動的通信管道。他們的研究發現，樹突在在那些能自由走動的動物中具有電活性， 比胞體產生近 10 倍多的電脈沖 。這一發現挑戰了長久以來科學家們的觀點，即胞體產生的電脈沖是產生知覺、學習以及記憶形成的主要形式。

　　“樹突占 90% 以上的神經組織，”加州大學洛杉磯分校神經學家 Mayank Mehta，該研究的通訊作者。“知道樹突比胞體是更活躍，這從根本上改變了我們對大腦是如何計算信息的認識。它可能為理解和治療神經系統疾病、以及開發像人腦那樣工作的電腦鋪平了道路。”

　　樹突還能產生電位波動

　　研究人員還發現，樹突除了產生電脈沖外，還會形成較大的電位波動。電位的傳遞具有全或無的規律。除了形成電脈沖，樹突也產生了幅度較大且緩慢變化的電位，這表明樹突能夠執行模擬計算。

　　大腦比以往研究測量的要活躍至少 10 倍以上

　　由于樹突的數量幾乎比神經中心多近 100 倍，Mehta 說，大量的樹突狀峰值的發生可能意味著大腦比以往我們認為的計算能力要高 100 倍。

　　科學家們將大鼠放在一個大型迷宮內允許其自由移動，4 天后測量大鼠的樹突活性。從后頂葉皮層進行測量，其對大腦中的運動規劃扮演著重要角色。研究人員發現，樹突的活性比胞體更強，在大鼠睡眠時產生的峰值是胞體的 5 倍，當運動時是胞體的 10 倍。

　　樹突為大腦研究開辟了新的道路

　　綜觀胞體以了解大腦工作方式為為眾多醫療和科學問題提供了一個框架 ，即如何構建計算機來診斷和治療疾病治療。但是 Mehta 說，該框架是基于胞體而決定的，且這個過程是數字化的。

　　“我們發現表明，這種決定在樹突中比在胞體更為頻繁，而且這種計算不只是數字的，而且還進行模擬，”Mehta 說，“由于技術困難，以往研究腦功能主要集中在胞體。但是，我們已經發現了神經元的秘密生命—樹突，這基本上可以改變我們對神經元如何進行計算的理解”。

　　參考資料：

　　1. Brain is 10 times more active than previously measured, researchers find

　　2. Dynamics of cortical dendritic membrane potential and spikes in freely behaving rats