电信号在脑神经网络中如何传播：是走最短路径还是并行分流再聚合

通过庞大的神经纤维网络，电信号在脑细胞中间不断地穿梭。这种复杂的活动最终形成了思想，情感和行为，但当出现问题时，也可能会出现心理健康和神经系统问题。

脑刺激新兴治疗方法：用电或磁性脉冲刺激大脑区域，通过神经连接网络触发一系列信号。

但是，目前，科学家们不太确定这些级联反应如何影响整个大脑的活动——这是限制大脑刺激疗法应用的重要空白。

最近发布在《神经元》上的最新研究中，我们发现可以使用关于网络的数学知识来预测大脑刺激的传播。

在人脑中研究神经元之间的交流十分困难。这是因为两个相邻细胞交换电信号仅需要千分之一秒。

进一步使事情更复杂的是，信号需要经过连接所有脑区域的神经纤维构成的令人难以置信的复杂网络。这些问题使科学家甚至很难观察大脑传播的信号。

但是，在非常特殊和受控的情况下，我们可以使用侵入性电极来精确跟踪大脑信号的传播。需要开颅手术的患者，同意顺便配合研究，插入内置电极。志愿者是严重癫痫的患者。当前研究基于北美，亚洲和欧洲的20多家医院中的550名癫痫志愿者。

电极提供了一种用电脉冲轻轻刺激大脑区域的方法，同时记录了患者的大脑活动。我们使用了位于大脑不同位置的电极的数据来跟踪从一个区域到另一个区域的电脉冲的通信。

最后，我们还使用MRI扫描来重建人脑神经纤维的网络。这为我们提供了物理布线模型。

那么，信号如何通过网络？

理论上有两种方式。

一个简单的可能性是，信号通过最直接的路径传播。用网络术语，这意味着电脉冲通过中间区域的最短路径从一个区域转到另一个区域。

另一个想法是信号通过网络扩散传播。就像液体通过分岔的管道，最终再汇聚到一起。

每当到达网络中的连接处时，流体沿路径分开。更多的连接意味着更多的分支，并且单条路径里的流体变得弱。

两种类型的网络通信——最短路径与扩散流——是竞争性的假说。科学家始终不确定哪种假说符合真实情况。

《神经元》上面的最新论文是最早试图解答这一问题的研究之一。

分析数据后，发现证据支持扩散流假说。

这对科学家来说是重要的信息，因为它帮助我们了解到神经连接的物理性质。

我们希望最新的进展也将有助于临床人员设计更好的大脑刺激疗法。

大脑刺激可以帮助“恢复”大脑区域之间的故障通信。 例如，非侵入性刺激(在颅骨外进行，无需手术)是重度抑郁症的一种治疗方法。

https://www.sciencealert.com/simple-math-predicts-electrical-actrical-activity-in-the-the-the-brain-study-shows