大脑对信息的电编码会调整亚细胞结构吗

为了产生包括思想在内的许多功能，大脑在许多尺度上工作。诸如目标或图像之类的信息由神经元网络之间的协调电活动表示，而在每个神经元内部和周围，蛋白质和其他化学物质的混合物在物理上执行参与网络的机制。

麻省理工学院，伦敦城市大学和约翰霍普金斯大学的研究人员的一篇新论文认为，网络的电场会影响神经元亚细胞组件的物理配置，以优化网络的稳定性和效率，作者称之为“细胞电耦合”。

“大脑正在处理的信息在将网络微调到分子水平方面发挥作用，”麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的皮考尔教授厄尔·K·米勒(Earl K. Miller)说，他与麻省理工学院和伦敦大学城市学院的副教授Dimitris Pinotsis以及约翰霍普金斯大学的Gene Fridman教授共同撰写了这篇论文。

“大脑适应不断变化的世界，”Pinotsis说。“它的蛋白质和分子也会发生变化。它们可以带电荷，需要赶上使用电信号处理、存储和传输信息的神经元。与神经元的电场相互作用似乎是必要的。

实地思考

米勒实验室的一个主要重点是研究工作记忆等高级认知功能如何快速、灵活且可靠地从数百万个神经元的活动中出现。神经元能够通过创建和移除称为突触的连接以及加强或削弱这些连接来动态形成电路。但是，这只是形成了一个信息可以围绕其流动的“路线图”，米勒说。

米勒发现，共同代表一种或另一种思想的特定神经回路是由节奏活动协调的，更通俗地说，称为不同频率的“脑电波”。

快速的“伽马”节律有助于传输来自我们视觉的图像(例如松饼)，而较慢的“β”波可能会携带我们对该图像的更深层次思考(例如“太多卡路里”)。米勒的实验室表明，如果时间适当，这些波的爆发可以进行预测，能够在工作记忆中写入，保留和读出信息。当工作记忆也会崩溃时，它们也会崩溃。该实验室报告了证据表明，大脑可能会明显地操纵特定物理位置的节奏，以进一步组织神经元以进行灵活的认知，这一概念称为“空间计算”。

该实验室最近的其他研究表明，虽然网络中单个神经元的参与可能是变化无常且不可靠的，但它们所属的网络所携带的信息由其集体活动产生的整体电场稳定地表示。

细胞电偶联

在这项新研究中，作者将这种协调神经网络的节奏电活动模型与其他证据相结合，证明电场可以在分子水平上影响神经元。

例如，研究人员研究了ephaptic耦合，其中神经元通过其膜的接近来影响彼此的电特性，而不是仅仅依靠突触之间的电化学交换。这种电串扰会影响神经功能，包括它们何时以及是否尖峰以将电信号传递给电路中的其他神经元。

Miller，Pinotsis和Fridman还引用了研究表明，其他电学对细胞及其成分有影响，包括神经发育如何受到场的引导，以及微管可以被它们对齐。

如果大脑在电场中携带信息，并且这些电场能够配置大脑中形成网络的神经元和其他元素，那么大脑很可能会使用这种能力。作者建议，大脑可以使用场来确保网络做它应该做的事情。

用沙发土豆的术语来说，电视网络的成功不仅仅在于它能够向数百万家庭传输明确的信号。同样重要的是细节，就像每个观众家庭布置电视、音响系统和客厅家具的方式一样精细，以最大限度地提高体验。米勒说，无论是在这个比喻中还是在大脑中，网络的存在都会激励个体参与者配置自己的基础设施，以最佳方式参与。

“细胞电耦合将中观和宏观水平的信息连接到作为记忆分子基础的蛋白质的微观水平，”作者在论文中写道。

本文阐述了激发细胞电解耦合的逻辑。“我们提供了一个任何人都可以测试的假设，”米勒说。

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