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神经学的一项百年理论竟被物理学家颠覆了

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2018-01-02 10:37
来源:互联网
互联网
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  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。

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