@ 2017.12.31 , 12:30
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物理学家颠覆了神经学的一项百年理论

物理学家颠覆了神经学的一项百年理论
Credit 123RF

人类的大脑中含有超过80多亿个神经元,每个神经元又与其他细胞相互连接,产生数以万亿计的被称为突触的神经结构。

这些数字令人难以置信的庞大,但是对于单个神经细胞如何发挥作用这一问题,至今还未能够盖棺定论。最新的一项研究颠覆了一个有百年历史的神经学上的假说,并为某些神经紊乱的现象提供了新的解释。。

以色列Bar-Ilan大学的一队物理学家在实验室大鼠的神经元上进行实验,确定了神经元是如何响应其他细胞传递过来的电化学信号。

为理解这一实验的重要性,我们需要将历史回溯到1907年,当时的法国神经学家Louis Lapicque提出了一个用以解释神经细胞膜上的电压会随着通过电流的增强而增加这一现象的物理机制模型。

一旦达到一定的阈值,神经元就会产生一个动作电位,随后,细胞膜的电压复位到较低的水平。

换句话说,神经元并不会立刻发送出信息,除非它积累足够强的电压。

Lapicque方程或许不是这一领域里最为人接受的工具,但也相差不远。他应用了物理学机理建立起的模型,可以让学者做定量的计算和分析,如今已经成为大多数神经元分析领域的理论基础。

据研究人员透漏,漫长的历史意味着很少有人怀疑它是否准确。

首席研究员Ido Kanter说:“我们用到了最新的实验装置得出了这个结论,但原则上这些结果完全可以单纯只使用20世纪80年代就存在的技术来实现。一百年来,习以为常地接受了前人的观念,使这一有缺陷的模型流传到今天。”

实验从两个角度进行了讨论——一是根据电流应用于神经元的位置探索电压阙值时触发活动尖峰的物理本质,另一个则是考察多个输入信号对神经元信息传递的影响。

他们的研究结果表明,信号传来的方向对神经元的活动有一定的影响。

来自左侧的微弱信号与来自右侧的微弱信号并不会累加起来造成足够的电压来激活神经元电位峰值。但是从一个特定的方向传递过来的单个高强度信号就可以造成神经元活动,将信号传递下去。

这一发现导致了一种如同对矢量求和的新方法来对神经元的活动进行甄别;新的方程里,要同时考虑到信号的方向,以及强度。

更妙的是,新的模型甚至可以解释某些神经紊乱症状。

科学研究,不是为了找出古人的漏洞再对其加以嘲讽。实际上,现代的研究人员也承认,他们只研究了一种被称为金字塔形神经元的神经细胞,为未来的实验留下了充足的空间。

但是,随着我们一点点的调节修正我们现有的知识,就是逐渐接近真理的过程。随着人工智能领域里的神经网络在当代科技前沿大放异彩,脑细胞中任何新奇的发现,都可能会引发一系列相当有趣的应用。

研究的具体内容发表在Scientific Reports。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 22+1

  1. 怼死赵家人
    @3 weeks ago
    3659989

    沙发,这是神经生理认知心理学的内容吗?

  2. 煮蛋
    @3 weeks ago
    3659996

    阈值不是阙值……

  3. 3659997

    终于看懂了!好文!!

  4. 煮蛋
    @3 weeks ago
    3660000

    感觉……其实没有很颠覆

  5. you_know_who
    @3 weeks ago
    3660013

    科学可以被证伪,支持被打脸!

    绝对正确,一贯正确的是神学!

  6. 坑爹怪叔叔
    @3 weeks ago
    3660015

    scientific reports。。大水刊。。

  7. 柠檬梨
    @3 weeks ago
    3660016

    神经元的信号传递并不是简单的信号求和过阈值就触发,而是信号有加权、有矢量关系
    打破既有,也许内容不算太突破,但是意义很重大吧
    也许研究的人多了,就会发现神经元在神经活动中更多复杂的特点了呢

  8. 洲队
    @3 weeks ago
    3660021

    一直有个疑问。如果人脑都是通过神经元的电活动,那么一发EMP下去除了电子产品报销,人脑也应该会烧毁吧

  9. 3660025

    不错不错。看来现在基于神经网络算法的AI们可以根据这个进行底层机制的改良了。

  10. 游客
    @3 weeks ago
    3660028

    @you_know_who: 还有某party

  11. 食品级怪蜀黍
    @3 weeks ago
    3660040

    记得好像叫触突

  12. 短腿天才
    @3 weeks ago
    3660045

    简单一句话总结:神经元电信号是矢量,不是标量。

  13. yaguza
    @3 weeks ago
    3660071

    这个貌似很牛逼啊

  14. 狐黎
    @3 weeks ago
    3660110

    哇,刚刚从人体解剖生理学学了这个,没想到有新的突破了

  15. 3660158

    。。完了 劳资刚背完心细胞电位产生你就要改书了?

  16. わしゃわしゃ
    @3 weeks ago
    3660274

    恩,都得朝全息啊量子啊的感觉去发展

  17. 3660345

    锥体神经元…虽然金字塔形也很形象

  18. 侯至方验
    @3 weeks ago
    3660349

    呵呵。谢耳朵可以在艾米跟前臭屁了。

  19. 我哈哈
    @3 weeks ago
    3660377

    @bbb: 但是现在神经网络任一节点与上一层之间每个节点之间的权值本来就不同啊,意味着从上一层不同神经元传过来的相同的值不会造成相同的结果

  20. 脑阿残·
    @3 weeks ago
    3660746

    没看懂,,,,类似某种光纤吗?角度不对就过不去?

  21. 晓月
    @3 weeks ago
    3661101

    神经元之间的权值这个在神经网络里面都用了多少年了……现在才水回生物学去?

  22. 脑子坏掉了
    @3 weeks ago
    3662439

    一大群单细胞动物的应激反应组成了智能

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