走进科学
解码神经元的语言
在乔治·奥威尔的《一九八四》反乌托邦世界中，大洋洲的政府旨在通过语言来实现思想控制。里面的角色塞姆Syme是一位词典学家，他正在努力用大大简化的“新话(Newspeak)”来取代英语。他说：“难道你不明白新话的目的就是要缩小思维的范围吗?”虽然塞姆的观点是局限性的，但其中也有可取之处:语言的词汇和结构可以影响说话人的思想和决定。这适用于英语、希腊语、印度语和新话。它也可能适用于“神经代码”，即大脑中神经元的基本电词汇。
像口头表达的语言一样，神经代码的任务是传递各种各样的信息。有些信息是生存所急需的;其他一些信息则不那么紧急。为了适应这些不同的需求，就要在传输信息的丰富性和传输的速度或可靠性之间取得平衡。在何处取舍取决于当时的语境。以口语为例，在晚餐时提到电影《大白鲨》，可能会引发一场关于电影情感的广泛而又耐心的讨论。相比之下，在海滩上看到一条鲨鱼鳍冲破海浪，可能只会听到一个尖叫的词汇：“鲨鱼!”。在第一种情况下，所使用的语言应尽可能丰富;后一种情况，则要求速度和可靠性。
在大脑中，这种平衡通常被认为是分工的结果。大脑某些区域——例如扣带回——参与处理高层次的情感和动机信息。其他区域，比如杏仁核，参与逃避，可以保护你免受直接的危险。换句话说，一个在晚餐上帮助你，另一个在海边。这些特殊的功能归因于神经解剖学:区域神经元数量的多寡与神经元间各异的连接回路。在这两种情况下，我们曾经假设，神经元使用同一套神经代码。
神经元可以发出信号，也可以保持沉默，随着时间的推移，激活与静默结合便产生了神经代码，就像莫尔斯电码中的点和划一样。与莫尔斯电码一样，信息传输的丰富性和速度也有理论上的限制。一千字符的莫尔斯电码可以交换更丰富的信息，但其SOS信号的速度和可靠性会受到影响。神经编码在其设计中适应了这种平衡，并且认为神经元与神经元间，区域与区域间，丰富度和速度之间的平衡是相同的。
但仔细观察人类扣带回和杏仁核中的神经元，我们发现它们使用的神经代码截然不同。一种使丰富度达到最优，另一种则是优化了速度——考虑到这两个大脑区域的功能，这样的平衡是可以预料到的。此外，人类和猴子的大脑区域相比，人类神经元使用的代码更为丰富。实际上，不同的区域——以及不同动物的大脑——使用不同的神经代码。
今年早些时候发表在《细胞》(Cell)杂志上的这些发现具有潜在、广泛而惊人意义。神经回路的功能——无论是作为回声定位、进食或任何其他行为的基础——通常经由神经元的连接图谱来理解。与电路图一样，许多部件被认为是可以互换的——电阻器就是电阻器，开关就是开关。因此，由老鼠、猴子或人类神经元组成的电路图可能会执行相同的计算。这些新发现对这一观点提出了挑战，它们表明，即使是同一大脑中两个不同的区域，其神经元行为也可能大相径庭。这就好像大脑的某些区域讲英语;另一些区域则使用新话。
考虑到本研究的大脑区域间和不同物种间的性质，其结果需要大量的额外的实验才能得到充分证明和推广。但至少，作者已经表明了以下几点:在人类和恒河猴中，扣带回中的神经元使用的神经代码都比杏仁核中的神经元丰富。不仅杏仁核的编码更简单，而且经常观察到多个杏仁核神经元同时使用相同的编码。就像海滩上看到鲨鱼一样，这被认为有助于迅速而有效地传播当前威胁的信息。最后，无论在哪个区域，人类大脑中的神经代码都比猕猴的丰富。总之，这些发现表明，在神经编码中，存在着一种取舍。这种取舍可能有助于形成不同大脑和不同大脑区域的认知或计算能力。
另一方面，这项研究还给其他工作提供了启发。首先，虽然许多大脑疾病和失调有明显的器质性表现，可以用x光或MRI检测到，但有些却没有。因此，在没有其他损伤的情况下，仅是神经代码的改变也可能是精神疾病中一个重要但未被发现的驱动因素。
还有一个未来研究的有趣的方向，使用基于神经代码的比较方法，比如作者所提出的方法，可能会减少人类对其他动物认知能力的偏见，这有助于动物保护工作。为什么我们需要这样的方法?因为我们无法理解不同于人类的其他智能。但这并不意味着它们不存在。借用奥威尔的话来说，其中一些甚至可能是doubleplusgood双倍好。
本文译自 Scientific American，由 Mork 编辑发布。