分类
麻省理工学院新闻

神经元的“触角”在神经计算中异常活跃

研究发现,被称为树突的微小分支扩展可能不仅仅是被动的信息载体。

大多数神经元都有许多被称为树突的分支扩展,它们接收来自其他数千个神经元的输入。然而树突并不仅仅是被动的信息载体。根据麻省理工学院(MIT)的一项新研究,它们似乎在神经元将传入信号转化为电活动的能力中发挥了惊人的重要作用。

神经科学家此前曾怀疑树突可能只在特定的环境下才会活跃,但麻省理工学院的研究小组发现,当神经元的主体细胞活跃时,树突几乎总是活跃的。

“树突突刺似乎是我们大脑神经元计算信息的内在特征。他们并不是罕见的事件,”麻省理工学院研究生、该研究的第一作者卢•比茨-拉罗什表示。“我们观察的所有神经元都有这些树突尖峰,而且它们经常有树突尖峰。”

树突的作用的研究结果表明,大脑的计算能力比以前认为的要大得多,马克哈尼特说,谁是弗雷德和卡罗尔•米德尔顿的大脑与认知科学系助理教授职业发展,麦戈文脑研究所的一员,和论文的资深作者。

他表示:“这与该领域一直以来的想法真的非常不同。”“这是树突积极参与产生和塑造神经元输出的证据。”

研究生恩里克·托洛扎(Enrique Toloza)和技术助理诺玛·布朗(Norma Brown)也是这篇论文的作者,论文发表在6月6日的《神经元》(Neuron)杂志上。

“遥远的天线”

树突接收许多其他神经元的输入,并将这些信号传送到细胞体,也称为体细胞。如果受到足够的刺激,神经元会发出动作电位——一种电脉冲,这种电脉冲会扩散到其他神经元。这些神经元的大型网络相互沟通,执行复杂的认知任务,如产生语言。

通过成像和电子记录,神经科学家已经对大脑皮层不同类型的神经元之间的解剖学和功能差异了解了很多,但对它们如何吸收树突输入并决定是否触发动作电位却知之甚少。树突赋予神经元特有的分枝树形,而“树突乔木”的大小远远超过了体细胞的大小。

Harnett说:“这是一个巨大的、分布广泛的天线,它能从网络中所有其他神经元的分支结构中听到分布在空间中的数千个突触信号。”

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可能在神经元的整体活动中发挥着更重要的作用。Harnett说,到目前为止,很难测试这些观点中哪一个更准确。

为了探索树突在神经计算中的作用,麻省理工学院的研究小组利用钙成像技术,同时测量了位于大脑视觉皮层的单个神经元的体细胞和树突的活动。当神经元处于电活动状态时,钙就会流向神经元,因此这项测量使研究人员能够比较同一神经元的树突和体细胞的活性。当老鼠在跑步机上跑步或看电影等简单的任务时,就会进行成像。

出乎意料的是,研究人员发现体细胞的活动与树突的活动高度相关。也就是说,当某个神经元的体细胞处于活跃状态时,该神经元的树突大部分时间也处于活跃状态。这尤其令人惊讶,因为这些动物没有执行任何需要认知的任务,Harnett说。

“他们没有从事一项必须真正发挥作用、需要认知过程或记忆的任务。这是非常简单的,低水平的处理,我们已经有证据表明几乎所有的神经元都有活跃的树突处理,”他说。“看到这一点,我们真的很惊讶。”

发展的模式

研究人员还不清楚树突输入对神经元整体活动的影响,也不清楚他们研究的神经元究竟在做什么。

“我们知道一些神经元会对一些视觉刺激做出反应,但我们不一定知道这些神经元代表什么。我们只能说,无论神经元代表什么,树突都积极参与其中。

而更多的工作仍然决定如何树突和soma有关的活动,“正是这些旅程体内测量是明确测试的关键假设关于电气信号的神经元,”马拉樵夫说,教授在加州大学伯克利分校神经生物学,他并没有参与这项研究。

哈奈特说,麻省理工学院的研究小组现在计划研究树突活动如何通过操纵树突活动对整体神经元功能做出贡献,然后测量它如何影响细胞体的活动。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进化。

”一个假设是,树突活动会提高了任务你教的代表特性的动物,和所有其他的树突活动,以及所有其他躯体活动,会抑制在皮层细胞的其余部分不参与,”哈尼特表示。

这项研究由加拿大自然科学与工程研究委员会和美国国立卫生研究院资助。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:http://news.mit.edu/2019/neurons-dendrite-role-computation-0606