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人腦非鼠腦 大腦細胞如微電腦

研究發現,人類大腦的每個細胞可以像一個微電腦一樣獨立工作。(ShutterStock)
研究發現,人類大腦的每個細胞可以像一個微電腦一樣獨立工作。(ShutterStock)

【記者張妮/編譯】本月新發表在《細胞》期刊上的研究發現,人類的大腦不是僅比動物大腦「大」而已,其神經元的工作方式與動物大腦有著本質的不同——人類大腦的每個細胞可以像一個微電腦一樣獨立工作。

這篇研究的主要作者、麻省理工學院(MIT)的Mark Harnett說,人類神經元的樹突結構比齧齒動物的要長很多,上面有著更多互相獨立的訊號處理區間,這使得人腦的神經細胞比動物的有著更強的運算能力。

據美國《科學人》(Scientific American)報導,雖然早在100多年前,西班牙神經學家Santiago Ramón y Cajal已觀察到了人類和動物神經元的相似和不同之處,但都是從解剖學角度的理論認識。由於人腦活體組織的難以獲取,人腦神經元電流訊號的工作機制長期以來都是謎。

然而這項研究中,在麻省總醫院(Massachusetts General Hospital)神經學家Sydney Cash的幫助下,研究人員得到了一些癲癇病人的大腦活體組織進行實驗。由於人類組織樣本只能存活幾天,研究者們每次需要連續48小時接力工作。

他們一共檢視了來自9位病人和30隻老鼠的大腦切片,錄製神經活動電流信號。

樹突是從神經元的細胞本體發出的多分支突起,為神經元的輸入通道,其功能是將來自其他神經元所接收的電訊號整合傳送至細胞本體,以決定此神經元將產生的動作電位強度。

Harnett把樹突區間比喻為彈子鎖的鎖簧:越複雜的鎖,鎖簧越多,所需的鑰匙也越複雜。人類的樹突就需要特定的「鑰匙」訊號才能影響到神經細胞本體。最終來說,人類樹突的特性賦予神經元比動物更強的運算能力。

不過,研究人員對這些樹突實際進行運算的過程還不清楚。一些科學家猜想,有可能是樹突內的電訊號能偵測到不同訊號的發生,比如一朵玫瑰的香味和形態。除此之外,樹突可能還負責把這些資訊整合後儲存起來。

當然,這些猜測還未得到實驗的證實。但是沒有參與這項研究的同行、倫敦大學學院(University College London)的神經學家Michael Hausser說,這項研究「是探索人類樹突新紀元的第一步,對於了解人類大腦的工作至關重要」。

另外一位也沒有參與這項研究的Cajal研究所(Cajal Institute)的Javier DeFelipe說,很多神經學家的研究都依賴齧齒動物,而這項研究證明了「人類的大腦不是僅比老鼠的大」。◇