世上沒(méi)有兩片完全相同的葉子，神經(jīng)元亦是如此。不過(guò)，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?cè)诖碳し磻?yīng)下的不同表現(xiàn)。美國(guó)卡內(nèi)基•梅隆大學(xué)的科學(xué)家們近日首次發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元多樣性在大腦的綜合機(jī)能中起著關(guān)鍵作用，在神經(jīng)元處理復(fù)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(xué)》。
 
人腦大約有1000億個(gè)神經(jīng)元，而這1000億個(gè)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(gè)群體完成同一件總體任務(wù)，每個(gè)單一神經(jīng)元都對(duì)單一刺激的微妙差異作出響應(yīng)。通常生物學(xué)家認(rèn)為這種多樣性是一種“生物學(xué)缺陷”，而簡(jiǎn)單地通過(guò)計(jì)算平均值得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
 
在最新的研究中，科學(xué)家們?cè)谏奔?xì)胞（mitral cells）中植入電探針并施加一種由計(jì)算機(jī)監(jiān)控的復(fù)合噪聲刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在被測(cè)細(xì)胞中，每個(gè)神經(jīng)元的反應(yīng)都不完全一樣。接著科學(xué)家們提出一個(gè)疑問(wèn)：神經(jīng)元是在單一刺激下胡亂給出一個(gè)反應(yīng)信息，還是每個(gè)神經(jīng)元分別給出刺激信息的不同部分？
 
為了驗(yàn)證這個(gè)假想，科學(xué)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(xué)家確定何種刺激能讓單個(gè)神經(jīng)元作出反應(yīng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)他們發(fā)現(xiàn)，有些神經(jīng)元針對(duì)快速刺激變化作出反應(yīng)，而有的對(duì)慢速刺激變化有反應(yīng)；還有些神經(jīng)元在刺激信號(hào)有節(jié)奏、有規(guī)律的時(shí)候才作出反應(yīng)?？茖W(xué)家將混合了不同種類的神經(jīng)元組的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)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(diǎn)”，主持該項(xiàng)研究的Nathan N. Urban稱，“一個(gè)群體，只有在群內(nèi)成員發(fā)揮自己所長(zhǎng)，分工協(xié)作的時(shí)候，才能具有更高的效率，達(dá)到更好的效果。就像一支籃球隊(duì)伍一樣——你想贏得比賽，總不能派九個(gè)投手上場(chǎng)吧”。
 
科學(xué)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(shí)，神經(jīng)元放電的同步協(xié)調(diào)和節(jié)律會(huì)發(fā)生錯(cuò)亂。比如，當(dāng)神經(jīng)元同時(shí)放電，會(huì)導(dǎo)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(duì)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(huì)下降?？傊?，多樣性的變化能影響到神經(jīng)元是否能順利進(jìn)行節(jié)律性放電。