為了產(chǎn)生包括思想在內(nèi)的許多功能，大腦在許多尺度上工作。諸如目標(biāo)或圖像之類的信息由神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)調(diào)電活動(dòng)表示，而在每個(gè)神經(jīng)元內(nèi)部和周圍，蛋白質(zhì)和其他化學(xué)物質(zhì)的混合物在物理上執(zhí)行參與網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制。

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麻省理工學(xué)院，倫敦城市大學(xué)和約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員的一篇新論文認(rèn)為，網(wǎng)絡(luò)的電場(chǎng)會(huì)影響神經(jīng)元亞細(xì)胞組件的物理配置，以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和效率，作者稱之為“細(xì)胞電耦合”。

“大腦正在處理的信息在將網(wǎng)絡(luò)微調(diào)到分子水平方面發(fā)揮作用，”麻省理工學(xué)院皮考爾學(xué)習(xí)與記憶研究所的皮考爾教授厄爾·K·米勒(Earl K. Miller)說，他與麻省理工學(xué)院和倫敦大學(xué)城市學(xué)院的副教授Dimitris Pinotsis以及約翰霍普金斯大學(xué)的Gene Fridman教授共同撰寫了這篇論文。

“大腦適應(yīng)不斷變化的世界，”Pinotsis說。“它的蛋白質(zhì)和分子也會(huì)發(fā)生變化。它們可以帶電荷，需要趕上使用電信號(hào)處理、存儲(chǔ)和傳輸信息的神經(jīng)元。與神經(jīng)元的電場(chǎng)相互作用似乎是必要的。

實(shí)地思考

米勒實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)主要重點(diǎn)是研究工作記憶等高級(jí)認(rèn)知功能如何快速、靈活且可靠地從數(shù)百萬個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)中出現(xiàn)。神經(jīng)元能夠通過創(chuàng)建和移除稱為突觸的連接以及加強(qiáng)或削弱這些連接來動(dòng)態(tài)形成電路。但是，這只是形成了一個(gè)信息可以圍繞其流動(dòng)的“路線圖”，米勒說。

米勒發(fā)現(xiàn)，共同代表一種或另一種思想的特定神經(jīng)回路是由節(jié)奏活動(dòng)協(xié)調(diào)的，更通俗地說，稱為不同頻率的“腦電波”。

快速的“伽馬”節(jié)律有助于傳輸來自我們視覺的圖像(例如松餅)，而較慢的“β”波可能會(huì)攜帶我們對(duì)該圖像的更深層次思考(例如“太多卡路里”)。米勒的實(shí)驗(yàn)室表明，如果時(shí)間適當(dāng)，這些波的爆發(fā)可以進(jìn)行預(yù)測(cè)，能夠在工作記憶中寫入，保留和讀出信息。當(dāng)工作記憶也會(huì)崩潰時(shí)，它們也會(huì)崩潰。該實(shí)驗(yàn)室報(bào)告了證據(jù)表明，大腦可能會(huì)明顯地操縱特定物理位置的節(jié)奏，以進(jìn)一步組織神經(jīng)元以進(jìn)行靈活的認(rèn)知，這一概念稱為“空間計(jì)算”。

該實(shí)驗(yàn)室最近的其他研究表明，雖然網(wǎng)絡(luò)中單個(gè)神經(jīng)元的參與可能是變化無常且不可靠的，但它們所屬的網(wǎng)絡(luò)所攜帶的信息由其集體活動(dòng)產(chǎn)生的整體電場(chǎng)穩(wěn)定地表示。

細(xì)胞電偶聯(lián)

在這項(xiàng)新研究中，作者將這種協(xié)調(diào)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)奏電活動(dòng)模型與其他證據(jù)相結(jié)合，證明電場(chǎng)可以在分子水平上影響神經(jīng)元。

例如，研究人員研究了ephaptic耦合，其中神經(jīng)元通過其膜的接近來影響彼此的電特性，而不是僅僅依靠突觸之間的電化學(xué)交換。這種電串?dāng)_會(huì)影響神經(jīng)功能，包括它們何時(shí)以及是否尖峰以將電信號(hào)傳遞給電路中的其他神經(jīng)元。

Miller，Pinotsis和Fridman還引用了研究表明，其他電學(xué)對(duì)細(xì)胞及其成分有影響，包括神經(jīng)發(fā)育如何受到場(chǎng)的引導(dǎo)，以及微管可以被它們對(duì)齊。

如果大腦在電場(chǎng)中攜帶信息，并且這些電場(chǎng)能夠配置大腦中形成網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元和其他元素，那么大腦很可能會(huì)使用這種能力。作者建議，大腦可以使用場(chǎng)來確保網(wǎng)絡(luò)做它應(yīng)該做的事情。

用沙發(fā)土豆的術(shù)語來說，電視網(wǎng)絡(luò)的成功不僅僅在于它能夠向數(shù)百萬家庭傳輸明確的信號(hào)。同樣重要的是細(xì)節(jié)，就像每個(gè)觀眾家庭布置電視、音響系統(tǒng)和客廳家具的方式一樣精細(xì)，以最大限度地提高體驗(yàn)。米勒說，無論是在這個(gè)比喻中還是在大腦中，網(wǎng)絡(luò)的存在都會(huì)激勵(lì)個(gè)體參與者配置自己的基礎(chǔ)設(shè)施，以最佳方式參與。

“細(xì)胞電耦合將中觀和宏觀水平的信息連接到作為記憶分子基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)的微觀水平，”作者在論文中寫道。

本文闡述了激發(fā)細(xì)胞電解耦合的邏輯。“我們提供了一個(gè)任何人都可以測(cè)試的假設(shè)，”米勒說。