麻省理工學院的神經科學家們發現，被稱為樹突的神經延伸體在神經計算中發揮著比以前想象的更積極的作用，樹突起著類似天線的作用，幫助神經元監聽鄰近神經元發出的指令。圖片： Lou Beauliu-Laroche

　　當特定神經元的胞體活動時，該神經元的樹突也是激活的，即使當動物并非執行認知要求高的任務時也是如此。

　　大多數神經元有許多分支延伸稱為樹突，接受輸入數以千計的其他神經元發出的“指令”。然而，樹突不僅僅是被動的信息轉運體。根據 MIT 的一項新研究，它們似乎在將傳入信號轉化為電活動的方面發揮了驚人的巨大作用。

　　神經科學家此前曾懷疑，樹突可能很少活躍，僅僅在特定情況下。但麻省理工學院的研究小組發現，當神經元的主細胞體活躍時，樹突幾乎總是活躍的。

　　"看起來樹突棘是我們大腦中神經元如何實現計算處理信息的內在屬性。 這種情況并不是罕見的事件，"Lou Beaulieu-Laroche 說，他是麻省理工學院的研究生，也是該論文的主要作者。 "我們所觀測的神經元都有樹枝狀的棘，而且樹枝狀的棘分布很多。"

　　McGovern 大腦研究所的成員、Fred 與 Carole Middleton 大腦與認知科學職業發展助理教授，Mark Harnett 說，研究結果表明，樹突在大腦計算處理信息能力中的作用比以前想象的要大得多。

　　他說："該研究結果與一直以來對這一問題的看法完全不同。" "這證明樹突積極參與了神經元輸出的產生和塑造。"

　　研究生 Enrique Toloza 和技術助理 Norma Brown 也是該論文的作者，該論文將于 6 月 6 日在 Neuron 上發表。

　　“遙遠的天線”

　　樹突接受來自許多其他神經元的輸入，并將這些信號傳遞到細胞體，也稱為胞體。 如果受到足夠的刺激，神經元就會激發動作電位——一種傳播到其他神經元的電脈沖。 這些神經元的大型網絡彼此通信以執行復雜的認知任務，例如產生語音。

　　通過成像和電生理記錄，神經科學家已經了解了大腦皮質不同類型神經元之間的解剖和功能差異，但對它們如何整合樹突輸入，并決定是否激發動作電位知之甚少。 樹突賦予神經元特有的分枝樹形狀，"樹突"的大小遠遠超過胞體的大小。

　　Harnett 說："這是一個巨大的、遙遠的天線，它能‘聽到’數以千計的突觸輸入信號，這些信號分布在網絡中其他神經元的分支結構上。"

　　一些神經科學家假設樹突很少活動，而另一些人則認為樹突可能在神經元的整體活動中扮演更重要的角色。 Harnett 說，到目前為止，很難測試這些想法中哪一個更準確。

　　為了探索樹突在神經計算處理信息中的作用，麻省理工學院的研究小組利用鈣成像技術，同時測量了大腦視皮層單個神經元胞體和樹突的活動。鈣在神經元電活動時流入神經元，因此這項測量使研究人員能夠比較同一神經元的樹突和胞體的活動。 成像是在小鼠執行簡單任務時完成的，例如在跑步或觀看影像。

　　出人意料的是，研究人員發現胞體中的活性與樹突活性高度相關。 也就是說，當特定神經元的胞體活動時，該神經元的樹突大部分時間也是激活的。 這是特別令人驚訝的，因為動物沒有執行任何形式的認知需求的任務，Harnett 說。

　　"他們沒有從事一項必須真正調用認知過程或記憶的任務。 他說："這是一個非常簡單的低級處理，我們已經有證據表明，幾乎所有的神經元中樹突都有活躍的過程。"

　　演進模式

　　研究人員還不清楚樹突輸入如何影響神經元的整體活動，也不知道他們研究的神經元究竟在做什么。

　　"我們知道有些神經元對視覺刺激有反應，但我們不一定知道這些神經元代表的是什么。" 我們只能說，無論神經元代表什么，樹突都在積極地參與其中，"Beauliu-Laroche 說。

　　雖然還需要更多的工作來確定樹突和胞體中的活動是如何聯系在一起的，但正是這些體內測量，對于明確檢測神經元電信號的假設至關重要，“加州大學伯克利分校的神經生物學教授 Marla Feller 說道，他沒有參與這項研究。

　　麻省理工學院的研究小組現在計劃通過操控樹突活動，然后測量它如何影響胞體的活動，來研究樹突活動對整體神經元功能的貢獻，Harnett 說。 他們還計劃研究他們觀察到的活動模式是否隨著動物學習新任務而演變。

　　Harnett 說："一個假設是，樹突活動實際上會增強，以表示你教給動物的某一項任務的特征，而所有其他樹突和其他胞體的活動，都會在其他沒有參與的皮質細胞中受到抑制。"

　　該研究由加拿大自然科學和工程研究委員會和美國國立衛生研究院資助。

　　參考資料：

　　“Widespread and Highly Correlated Somato-dendritic Activity in Cortical Layer 5 Neurons”. Lou Beaulieu-Laroche, Enrique H.S. Toloza, Norma J. Brown, Mark T. Harnett.Neuron. doi:10.1016/j.neuron.2019.05.014

　　作者信息

　　編譯作者：Ben（brainnews 創作團隊）

　　校審：Simon（brainnews 編輯部）

　　題圖：geekwire.com

總結

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