神经元计算研究进展

　　

研究神经元如何进行计算——如计录无数的输入信号和决定是否作出反应——的研究者长期以来一直将注意力集中在视网膜上。通过对只有当对以一个方向运动的物体作出反应的时候才激活的细胞进行研究，他们希望了解更多大脑神经元如何进行计算的信息。但是这些研究受到了不知道究竟哪些视网膜神经元进行计算的限制。现在，一个澳大利亚研究组在9月29日出版的《Science》上报告了在名为神经节细胞的视网膜神经元中发生的计算。

1965年，当科学家们发现这些细胞中的一些只对单向运动的物体作出反应时，提供了它们可能直接进行计算的第一个证据。当光到达视网膜，神经节细胞是整个激活的神经元链中的第三个或第四个成分。研究表明在该途径中某个地方的神经元通过记录兴奋和抑制神经冲动相互作用时间来计算运动的方向。

按照这种假设，当一个物体以神经元首选的方向移动时，兴奋冲动将首先到达目标神经元，激起带正电的钠离子流入细胞——一个兴奋电流产生。但是当物体以相反方向运动，抑制和兴奋信号将一起到达。抑制信号将引起氯离子流入细胞，它们的负电荷将有效地抵消兴奋信号产生的兴奋性作用。但是仍然有一个关键性问题。抑制和兴奋冲动是在神经节细胞上发生分歧，还是在途径中较上游的细胞上发生分歧的呢？

为了回答该问题，澳大利亚国立大学的W.Rowland Taylor和昆士兰州大学的David Vaney领导的一个研究组应用了一种称为“钳膜”的方法对培养的兔视网膜神经节细胞进行研究。研究者应用“钳膜”方法可以检测到单个细胞中发生的电流变化。他们发现与预测的相同，在细胞首选的方向上进行的运动引起更大的兴奋性电流进入接受输入信号的结构——神经元树突。但是他们并没有定位计算位点。在信号途径中的较上游的细胞，在对首选方向的运动作出反应时，可能进行运动的分析和传递更大的兴奋性信号给神经节细胞。

为了定位计算，研究者们改变了单个神经节细胞树突膜两侧的电压，使得倾向于抑制性电流的发生。他们发现在对非首选方向上的运动作出反应时，抑制性电流增加，表明抑制性信号输入在神经节细胞反应中发挥作用。接下来，他们将树突内部充满氯离子以抑制抑制性氯离子内流，这种改变使得细胞失去方向性选择。

伯克利大学神经科学家Alexander Borst说，这些结果提供了计算发生在神经节细胞树突中的“强有力的证据。这的确是重要的工作，特别是因为它提供给研究者探究神经元如何在一个明确的系统中进行计算的可能。”

——摘译自9月28日ScienceNow