世上没有两片完全相同的叶子，神经元亦是如此。不过，神经元的不同可不是指其大小与形状的不同，而是指它们在刺激反应下的不同表现。美国卡内基•梅隆大学的app家们近日首次发现神经元多样性在大脑的综合机能中起着关键作用，在神经元处理复杂刺激和编码信息中也有着非常重要的地位。这一结果在线发表于《自然—神经app》。
人脑大约有1000亿个神经元，而这1000亿个神经元又可以分为很多不同的类别。同一类别的神经元结构相似，作为一个群体完成同一件总体任务，每个单一神经元都对单一刺激的微妙差异作出响应。通常生物学家认为这种多样性是一种“生物学缺陷”，而简单地通过计算平均值得到实验结果。
在最新的研究中，app家们在僧帽细胞（mitral cells）中植入电探针并施加一种由计算机监控的复合噪声刺激，结果发现在被测细胞中，每个神经元的反应都不完全一样。接着app家们提出一个疑问：神经元是在单一刺激下胡乱给出一个反应信息，还是每个神经元分别给出刺激信息的不同部分？
为了验证这个假想，app家采用一种棘波触发平均技术（spike-triggered averaging），该技术能让app家确定何种刺激能让单个神经元作出反应。通过实验他们发现，有些神经元针对快速刺激变化作出反应，而有的对慢速刺激变化有反应；还有些神经元在刺激信号有节奏、有规律的时候才作出反应。app家将混合了不同种类的神经元组的数据进行计算，并比较同类神经元组的数据后发现：种类混合的神经元组的刺激反应信息量是同类神经元组的两倍。
“多样性是一种内在的优点”，主持该项研究的Nathan N. Urban称，“一个群体，只有在群内成员发挥自己所长，分工协作的时候，才能具有更高的效率，达到更好的效果。就像一支篮球队伍一样——你想赢得比赛，总不能派九个投手上场吧”。
app家相信，除了在信息编码中起作用以外，在癫痫、帕金森氏症、精神分裂症等神经障碍病症中，神经元多样性也扮演着重要的角色。病发时，神经元放电的同步协调和节律会发生错乱。比如，当神经元同时放电，会导致癫痫患者和帕金森氏症患者病情发作。而在特定环境下，比如完成需要注意力集中的任务，对于精神分裂症患者而言，他们的神经元协调放电的能力会下降。总之，多样性的变化能影响到神经元是否能顺利进行节律性放电。（明升手机版(明升中国) 张笑/编译）
更多阅读