@ 2018.11.23 , 17:00

为何人类“智商超群”

为何人类“智商超群”
credit:锐景创意

人类脑细胞“携带”电信号的方式被发现能够显著增强单个神经元的能力。通过对比信号传输到人体神经分支的速度与鼠类的相似细胞的传输速度,研究人员发现了会影响深层信息处理的信号强度的不同。

由麻省理工的科学家们领头的新的研究,利用患有癫痫的志愿者进行手术的时机,从他们的大脑内部提取了指甲盖大小的兴奋性神经元样本。这些组织样本从能够适应部分神经元缺失的前颞叶区域提取,因此不会对志愿者造成任何影响,但却能作为合适的研究样本,帮助研究人员观察人类的神经细胞如何远距离携带电化学信息。

众所周知,即便是同样聪明,相比人类,鼠类大脑体积小很多,外皮质区也相对较薄(此处对啮齿类动物并无冒犯之意)。它们的外皮质虽然相对较薄,但与人类大脑的组织方式相似,这就提出了一个问题:我们人类的神经元是如何实现“长途”传递信号的呢?

教科书上神经元的“经典造型”像是没有叶子的树。“树枝”被称为树突,主要是对其它细胞的信息进行“汇总”并通过细胞体传输至“远处的”、被称为“轴突”的“细枝末节”处。这些“传输”通过在神经元膜的离子通道中“穿进穿出” 的带电粒子所产生的波纹电压来“传遍”细胞。然而这些“分支”不仅是信号传输的渠道,他们还会主动的“调整”信息,在处理所携带的信息上发挥着至关重要的作用。

从某些角度看,我们可以将树突视为晶体管,通过放大某些晶体同时阻断其它晶体的方式来介导信号,它们似乎在人类神经系统处理信息上也发挥着更为重要的作用。“人类聪明并不仅仅是因为我们拥有更多的神经元和更大的大脑皮层,更是由于从下向上,神经元发挥着不同的作用,”该项研究的首席科学家Mark Harnett说到。研究人员将从志愿者脑部提取的样本浸入一种类似于脊髓液的介质中使他们保持活性,同时他们还研究了信号如何传递。

对鼠类的神经元科学家们也进行了类似的研究。从人类活体中提取同样的细胞并非易事。“这是迄今为止对人类神经元的生理特性的最详尽的研究,” Nelson Spruston说到。他本人并没有参与这项研究,但是作为Howard Hughes医学研究所Janelia研究园的资深研究人员,他很清楚这项研究的重要性。“这类实验对技术的要求很高,即便是在啮齿类动物身上进行,因此从技术的角度来讲,能够在人体上实现是惊人的”。

通过对比动物和人体实验,研究人员最终了解了长距离的传输对信号的强度是否存在影响。研究显示在人类神经元间长距离的传输的信号确实会被弱化,比鼠类发生的弱化更要明显。有趣的是,鼠类和人类的细胞膜上的离子通道数量相当,只是分散密度不同,研究模型显示这能够解释信号的差异。“在人体的神经元中,存在更多的电分区使各单位间更为独立一些,这就使得单个神经元的计算能力得到了提升,” Harnett说到。

这样的构造能否解释人类处理信息的方式还有待考证,但Harnett认为这是一个值得探索的假说。“如果你的皮质柱上能够分别有一大块人类及啮齿类动物的皮质,你就能够发现相比啮齿类动物的皮质,人类的那块儿运算速度要快得多。”

该研究已发表在Cell上。

本文译自 sciencealert,由译者 行走的五花肉 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

赞一个 (5)

24H最赞