神经科学家发现树突尖峰增强了大脑的计算能力

时间：2021-05-19 08:52:03 来源：

这是大脑中单个神经元的树突。顶部的明亮物体是一个吸移管，其在鼠标脑中的枝晶。移液管允许研究人员测量电活动，例如树突钉。

UNC医疗保健和UNC学院的新研究表明，Dendrites积极处理信息，乘以大脑的计算能力。

Chapel Hill，北卡罗来纳州 - 德内德，神经元的分支突起，曾被认为是大脑中被动布线。但现在在教堂山北卡罗来纳大学的研究人员表明，这些树突这些枝条比从一个神经元到下一个神经元的传递信息。他们积极处理信息，乘以大脑的计算能力。

“突然，就好像大脑的加工能力比我们最初想到的要大得多，”UNC学院的助理教授斯宾塞史密斯说，斯宾塞史密斯说。

他的团队的调查结果在10月27日在“自然”期刊上，可以改变科学家们考虑长期科学模型的大脑中的神经电路功能如何，同时还帮助研究人员更好地了解神经系统疾病。

轴突是神经元常规产生电尖峰的地方，但是在树突中也存在支持轴突尖峰的许多相同的分子。以前使用解剖脑组织的研究表明，树突可以使用这些分子来产生电尖峰本身，但目前尚不清楚正常的脑活动是否使用那些树突尖峰。例如，Dentititic Spikes可以参与我们如何看待？

史密斯团队发现的答案是肯定的。树突有效充当迷你神经计算机，主动处理神经元输入信号本身。

直接展示这一系列复杂的实验需要多年并跨越两大洲，从伦敦大学学院迈克尔豪塞的实验室开始，并在史密斯和伊科科史密斯，博士，DVM后完成，在大学设立自己的实验室北卡罗来纳州。它们使用贴片电生理学来连接微观玻璃移液电极，填充有生理溶液，在鼠标脑中的神经元树枝状。这个想法是直接“听”在电信令过程中。

“将移液管连接到树突上是极大的技术上挑战，”史密斯说。“你无法从任何方向接近树突。你看不到树突。所以你必须这样做。这就像钓鱼，但你所能看到的只是鱼的电气踪迹。“你不能使用诱饵。“你只是去找它，看看你是否可以击中一个德德里特，”他说。“大多数时候你不能。”

但史密斯建立了自己的双光子显微镜系统，使事情变得更加容易。

一旦移液管连接到树突上，史密斯的团队就会从麻醉和清醒小鼠的大脑内捕获电录。当小鼠在电脑屏幕上观看了视觉刺激时，研究人员看到了一种不寻常的电信号模式 - 尖峰 - 在树枝上。

然后史密斯的团队发现，根据视觉刺激，指示树枝状尖峰是有选择的，表明枝晶处理了有关动物所看到的信息的信息。

为了提供他们发现的视觉证据，史密斯的团队填充了钙染料的神经元，提供了光学读数的尖刺。这揭示了树突射击了尖峰，而神经元的其他部分没有，这意味着尖峰是树枝状内部局部加工的结果。

研究共同作者Tiago Branco，PHD，创建了神经元的生物物理，数学模型，发现已知的机制可以支持电气的树突尖峰，进一步验证数据的解释。

“所有数据都指向相同的结论，”史密斯说。“树突不是感觉驱动输入的被动积分器;它们似乎也是一个计算单元。“

他的团队计划探讨这一新发现的树突角色可能在脑电路中发挥的作用，特别是在蒂莫西综合征等条件下，树枝状信号的整合可能会出错。

研究共同作者是Ikuko Smith，Phd，DVM，Tiago Branco，Phd和MichaelHäusser，博士。这项工作得到了长期的奖学金和人类前沿科学计划的职业发展奖，以及斯金斯·史密斯的Klingenstein奖学金。医学研究委员会（英国）支持T. Branco，授予惠康信托，欧洲研究委员会，盖茨比慈善基金会的Granco。

出版物：Spencer L. Smith等，“树突巨头增强了体内皮质神经元的刺激选择性，”自然，2013年; DOI：10.1038 / Nature12600

图像：UNC医疗保健

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