世上沒有兩片完全相同的葉子，神經(jīng)元亦是如此。不過，神經(jīng)元的不同可不是指其大小與形狀的不同，而是指它們在刺激反應(yīng)下的不同表現(xiàn)。美國卡內(nèi)基•梅隆大學的科學家們近日首次發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元多樣性在大腦的綜合機能中起著關(guān)鍵作用，在神經(jīng)元處理復雜刺激和編碼信息中也有著非常重要的地位。這一結(jié)果在線發(fā)表于《自然—神經(jīng)科學》。

 

人腦大約有1000億個神經(jīng)元，而這1000億個神經(jīng)元又可以分為很多不同的類別。同一類別的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)相似，作為一個群體完成同一件總體任務(wù)，每個單一神經(jīng)元都對單一刺激的微妙差異作出響應(yīng)。通常生物學家認為這種多樣性是一種“生物學缺陷”，而簡單地通過計算平均值得到實驗結(jié)果。

 

在最新的研究中，科學家們在僧帽細胞（mitral cells）中植入電探針并施加一種由計算機監(jiān)控的復合噪聲刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在被測細胞中，每個神經(jīng)元的反應(yīng)都不完全一樣。接著科學家們提出一個疑問：神經(jīng)元是在單一刺激下胡亂給出一個反應(yīng)信息，還是每個神經(jīng)元分別給出刺激信息的不同部分？

 

為了驗證這個假想，科學家采用一種棘波觸發(fā)平均技術(shù)（spike-triggered averaging），該技術(shù)能讓科學家確定何種刺激能讓單個神經(jīng)元作出反應(yīng)。通過實驗他們發(fā)現(xiàn)，有些神經(jīng)元針對快速刺激變化作出反應(yīng)，而有的對慢速刺激變化有反應(yīng)；還有些神經(jīng)元在刺激信號有節(jié)奏、有規(guī)律的時候才作出反應(yīng)。科學家將混合了不同種類的神經(jīng)元組的數(shù)據(jù)進行計算，并比較同類神經(jīng)元組的數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)：種類混合的神經(jīng)元組的刺激反應(yīng)信息量是同類神經(jīng)元組的兩倍。

 

“多樣性是一種內(nèi)在的優(yōu)點”，主持該項研究的Nathan N. Urban稱，“一個群體，只有在群內(nèi)成員發(fā)揮自己所長，分工協(xié)作的時候，才能具有更高的效率，達到更好的效果。就像一支籃球隊伍一樣——你想贏得比賽，總不能派九個投手上場吧”。

 

科學家相信，除了在信息編碼中起作用以外，在癲癇、帕金森氏癥、精神分裂癥等神經(jīng)障礙病癥中，神經(jīng)元多樣性也扮演著重要的角色。病發(fā)時，神經(jīng)元放電的同步協(xié)調(diào)和節(jié)律會發(fā)生錯亂。比如，當神經(jīng)元同時放電，會導致癲癇患者和帕金森氏癥患者病情發(fā)作。而在特定環(huán)境下，比如完成需要注意力集中的任務(wù)，對于精神分裂癥患者而言，他們的神經(jīng)元協(xié)調(diào)放電的能力會下降?？傊鄻有缘淖兓苡绊懙缴窠?jīng)元是否能順利進行節(jié)律性放電。