树突的电气性能有助于解释我们大脑的独特的计算能力为神经元人和大鼠脑中携带不同的方式电信号, 科学家发现.

在人类大脑的神经元接收来自成千上万的其他细胞的电信号, 长叫树突神经扩展在将所有的这些信息，以便细胞可以作出适当的反应起到了关键作用.

使用难以得到人脑组织样本, 现在麻省理工学院的神经科学家发现，人类的树突与其他物种具有不同电气性能. 他们的研究表明，电信号减弱更多，因为他们沿着人体树突流, 导致更高程度的电条块的, 这意味着树突小部分可以从神经元的其余部分独立行为.

这些差异可能有助于人类大脑的增强计算能力, 研究人员说，.

“这不只是人类是聪明的，因为我们有更多的神经和更大的皮质. 从下往上, 神经元表现不同,”马克·哈奈特说：, 脑与认知科学的弗雷德和Carole米德尔顿职业发展助理教授. “在人类的神经元, 有多个电条块, 并允许这些单位更独立一点, 可能导致增加单个神经元的计算能力。”

哈尼特, 谁也麻省理工学院麦戈文研究所脑研究成员, 和悉尼现金, 神经病学哈佛医学院和马萨诸塞州总医院的助理教授, 是这项研究的首席作者, 它出现在十月. 18 问题在于 细胞. 该论文的主要作者是娄蟠龙拉罗什, 研究生在脑与认知科学的麻省理工学院的系.

神经计算

树突可以被认为是类似的到晶体管中的计算机, 执行使用电信号简单的操作. 树突从许多其它神经元接收输入并携带这些信号到电池单元主体. 如果不够刺激, 一个神经元发射动作电位 - 电脉冲是那么刺激其他神经元. 这些神经元的大型网络互相沟通，以产生思想和行为.

单个神经元的结构通常类似于树, 与引进信息很多分支，从细胞体到达远. 以往的研究已经发现，电信号到达细胞体的强度取决于, 部分, 他们沿枝晶旅行多远，到那里. 由于信号传播, 他们越来越弱, 使得从细胞体到达远的信号具有较少的冲击超过一个到达细胞体附近.

在人类大脑皮质树突更长的时间比在大鼠和大多数其他物种, 因为人脑皮层已经演变成比其他物种更厚. 在人类, 皮质大约占 75 总脑体积的百分比, 相比约 30 ％的大鼠脑.

虽然人类大脑皮层比老鼠更厚的两到三倍, 它维持相同的总体组织, 由神经元的6层鲜明. 从层的神经元 5 有足够长的时间到达一路层树突 1, 这意味着人类树突不得不延长为人类的大脑已经进化, 和电信号必须前往该更远.

在新的研究中, MIT的研究小组想调查这些长度的差异可能会如何影响树突电性能. 他们能够在大鼠和人树突比较电活动, 用小块脑组织从癫痫病人进行取出手术切除颞叶的一部分. 为了到达大脑的病变部位, 医生还必须拿出前颞叶的一小块.

随着MGH的帮助合作者现金, 马修·弗罗施, 谢夫·威廉姆斯, 和伊马德Eskandar, 哈尼特的实验室能够获得前颞叶的样品, 每个约指甲大小.

有证据表明，前颞叶不受癫痫, 并且当与神经病理学技术检查的组织显示正常, 哈尼特说. 大脑的这部分似乎参与多种功能, 包括语言和可视处理, 但不向任何一个功能是至关重要的; 它被删除后的病人能够正常运作.

一旦组织移除, 研究人员把它放在一个解决方案非常相似，脑脊液, 与流过它的氧气. 这使他们保持组织存活长达 48 小时. 在那段时间内, 他们使用被称为膜片钳电生理学的技术来测量如何电信号沿着锥体神经元的树突行进, 其是兴奋性神经元的皮层中最常见的类型.

经蟠龙拉罗什主要是进行这些实验. 哈尼特的实验室 (和别的) 以前做过这样的实验在啮齿动物树突, 但他的球队是第一次来分析人树突的电性能.

独特的功能

研究人员发现，因为人的树突覆盖更远的距离, 沿着从层人类树突中流动的信号 1 在层细胞体 5 要弱得多，当它到达比沿着从层大鼠枝晶中流动的信号 1 到层 5.

他们还发现，人和大鼠树突有相同数量的离子通道, 从而调节电流流动, 但这些通道发生在人树突作为枝晶伸长的结果的较低的密度. 他们还制定了详细的生物物理模型表明，这种密度的变化可以解释一些人和大鼠枝晶间看到电活动的差异, 哈尼特说.

尼尔森Spruston, 在霍华德·休斯医学研究所的珍利亚农场研究园区科学计划的高级主管, 中描述的研究人员的人树突的分析，‘一个了不起的成就。’

“这是最认真详细的测量人类神经元的生理特性的日期,” Spruston说, 谁没有参与这项研究. “这些类型的实验是非常技术上要求, 即使在小鼠和大鼠, 所以从技术的角度, 这是相当惊人的，他们已经在人类中做到了这一点。”

问题仍然存在, 如何做这些差异会影响人的智力? 哈尼特的假设是，由于这些差异, 其允许枝晶的多个区域来影响输入信号的强度, 单个神经元可对信息执行更复杂的计算.

“如果你有一个具有人类或啮齿动物皮质的大块皮质柱, 你将能够与人类建筑与啮齿动物架构更快完成更多的计算,“ 他说.

有人类的神经元，并与其他物种之间的许多其他方面的差异, 哈尼特增加, 使得难以弄清树突电性能的影响. 在今后的研究中, 他希望进一步探讨这些电气性能的确切影响, 以及它们如何与人类的神经元等独特功能，以产生更多的计算能力互动.

这项研究是由加拿大国家科学与工程研究理事会的资助, 达纳基金会大卫马奥尼神经影像学助学计划, 和美国国立卫生研究院.

资源:

HTTP://news.mit.edu, 安妮特拉夫顿