神经元的触角在神经计算中出乎意料地活跃

大多数神经元具有许多称为树突的分支延伸，其接收来自数千个其他神经元的输入。然而，树突不仅仅是被动的信息载体。根据麻省理工学院的一项新研究，它们似乎在神经元将输入信号转换为电活动的能力方面发挥了惊人的巨大作用。在特定情况下，神经科学家此前曾怀疑树突可能很少活跃，但麻省理工学院的研究小组发现，当神经元的主要细胞体活跃时，树突几乎总是活跃的。“看起来像树突状尖峰是我们大脑中神经元如何计算信息的内在特征。它们并不罕见，“麻省理工学院研究生，该研究的主要作者Lou Beaulieu-Laroche说。“我们所看到的所有神经元都有这些树枝状的尖峰，并且它们经常出现树突状尖峰。”

研究结果表明，树突在大脑计算能力中的作用比以前认为的要大得多，Mark Harnett说，他是麦戈文研究所成员，脑和认知科学的Fred和Carole Middleton职业发展助理教授。脑研究，以及该论文的高级作者。

“这与该领域的思考方式完全不同，”他说。“这证明树突正在积极参与神经元输出的产生和塑造。”

研究生Enrique Toloza和技术助理Norma Brown也是该论文的作者，该论文于6月6日出现在Neuron上。

“遥远的天线”

树突从许多其他神经元接收输入并将这些信号传递到细胞体，也称为体细胞。如果受到足够的刺激，神经元就会激发动作电位 - 一种传播到其他神经元的电脉冲。这些神经元的大型网络彼此通信以执行复杂的认知任务，例如产生语音。

通过成像和电子记录，神经科学家已经大量了解了大脑皮质中不同类型神经元之间的解剖学和功能差异，但对于它们如何结合树突输入并决定是否激发动作电位知之甚少。树突使神经元具有其特有的分枝树形状，并且“树枝状乔木”的大小远远超过了躯体的大小。

“这是一个巨大的，遥远的天线，它正在倾听从网络中所有其他神经元沿着分支结构分布在空间中的数千个突触输入，”Harnett说。

一些神经科学家假设树突很少活跃，而另一些人则认为树突在神经元的整体活动中起着更重要的作用。哈奈特说，到目前为止，很难测试哪些想法更准确。

为了探索树突在神经计算中的作用，麻省理工学院的团队使用钙成像同时测量大脑视觉皮层中个体神经元的体细胞和树突的活动。钙在电活动时流入神经元，因此这种测量使研究人员能够比较同一神经元的树突和躯体的活动。在小鼠执行简单任务(例如在跑步机上跑步或观看电影)时进行成像。

出乎意料的是，研究人员发现，体细胞中的活动与树突活动高度相关。也就是说，当特定神经元的体细胞活跃时，该神经元的树突在大多数时间也是活跃的。Harnett说，这尤其令人惊讶，因为这些动物并没有表现出任何认知要求很高的任务。

麻省理工学院的神经科学家已经发现，称为树突的神经延伸，作为天线，帮助神经元听他们的邻居，在神经计算中发挥比以前认为更积极的作用。该图像归功于Lou Beaulieu-Laroche。

“他们没有从事任务，他们必须真正执行并呼吁认知过程或记忆。这是非常简单的低级处理，并且我们已经在几乎所有神经元中都有活跃树突处理的证据，“他说。“看到这一点我们真的很惊讶。”

研究人员尚未确切知道树突输入如何影响神经元的整体活动，或者他们研究的神经元究竟在做什么。

“我们知道其中一些神经元会对一些视觉刺激产生反应，但我们并不一定知道这些神经元代表什么。我们可以说的是，无论神经元代表什么，树突都在积极参与，“Beaulieu-Laroche说。

虽然还有更多的工作要确定枝状体和体细胞中的活动是如何联系在一起的，但正是这些体内测量对于明确检测神经元电信号的假设至关重要，“Marla Feller说道。加州大学伯克利分校的神经生物学教授，他没有参与这项研究。

Harnett说，麻省理工学院的研究小组现在计划通过操纵树突活动然后测量它如何影响细胞体的活动来研究树突活动如何促进整体神经元功能。他们还计划研究他们观察到的活动模式是否随着动物学习新任务而演变。

“有一种假设认为，树突活动实际上会代表你教授动物的任务的特征，而所有其他树突活动，以及所有其他的体细胞活动，都会在其他皮质细胞中受到抑制。不参与，“哈内特说。

资助：该研究由加拿大自然科学和工程研究委员会和美国国立卫生研究院资助。