神经元脉冲间隔的秘密

▲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。

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  编译：花花 审稿：alone  编辑：张梦

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