一个世纪以来关于神经元和大脑活动的假设被推翻了

一百多年来，人们一直推测，每个神经元的特征都是在尖峰出现后大约2到3毫秒的独特的短暂休息时间，在这段时间内神经元不能再生连续的尖峰。这一休息期之后是较长的一段时间的口吃神经元反应，直到达到完全的反应。在发表在《物理评论E》(Physical Review E)杂志上的一篇新文章中，由以色列巴伊兰大学(Bar-Ilan University)领导的一组研究人员通过强调他们在实验中发现的神经元不应期(resting)的三个新特征，挑战了传统观点。

　　

   

   

图片:在刚刚发表在《物理评论E》杂志上的一篇文章中，研究人员与传统观点相反，展示了神经元不应期的三个新特征。新型的神经元培养实验表明，重新激发神经元(我们大脑的组成部分)的滞后时间要比过去一个多世纪所设想的要长得多(甚至长十倍)。它从一个难处理的(沉默的)时期到完全反应的过渡是非常尖锐的，这与一个世纪以前关于口吃神经元的中间阶段的假设形成了鲜明的对比。此外，它还取决于一个神经元受到的刺激是“左”还是“右”，因此这个小神经元对受到刺激的方向有一种敏感性。这些新结果要求在传统框架之外对神经元功能进行重新检查，特别是对退化性疾病的起源进行检查。不能区分“左”和“右”的神经元——类似于整个人体的扭曲——有一个结巴反应阶段，这可能是发现这些疾病起源的起点。这项工作也为模拟神经元各向异性特性的高级深度学习算法和基于人工智能的应用开辟了新的领域。图:各向异性神经元(左)和交通路口类比(右)

资料来源:巴伊兰大学Ido Kanter教授

根据神经元计算方案，每个神经元作为一个可兴奋的元素。连接在一起的神经元接收到的电信号被积累起来，当神经元的阈值被超过时，就会产生一个短电脉冲，即一个尖峰。

一百多年来，人们一直推测，每个神经元的特征都是在脉冲发生后大约2到3毫秒的独特短暂休息时间，在这段时间内神经元不能再生连续的脉冲。这一休息期之后是较长的一段时间的口吃神经元反应，直到达到完全的反应。

在刚刚发表在《物理评论E》(Physical Review E)杂志上的一篇文章中，由以色列巴伊兰大学(Bar-Ilan University)坎特教授领导的一组研究人员，通过强调他们在实验中发现的神经元不应期(resting)的三个新特征，挑战了传统观点。

首先，休息时间的持续时间可以超过20毫秒，几乎是之前假设的10倍。这些长时间的不应期甚至会进一步增加，这取决于之前的神经元活动。

其次，静息周期对输入信号的原点很敏感。从不同方向(例如，“左”和“右”)刺激神经元会导致不同的不应期。例如，当神经元受到来自左侧的刺激时，不应期的持续时间要比来自“右侧”的刺激长得多。

第三，神经元是一个非常精确的元件，有一个从不应期到充分反应期的急剧过渡，没有中间的口吃阶段，在这个阶段中，同样的神经元刺激只会有一定的概率导致诱发的脉冲。

“我们使用新的实验装置得出了这个结论，但原则上，这些结果以及神经元的其他各向异性特性，可以通过自20世纪80年代以来就存在的技术来发现，”巴伊兰大学物理系和Gonda (Goldschmied)多学科大脑研究中心的Ido Kanter教授说，他领导了这项研究。“根植于科学世界的一个世纪的信念导致了这几十年的延迟。”

这些新发现要求在传统框架之外对神经功能进行重新检查，特别是对退行性疾病的起源进行检查。不能区分“左”和“右”的神经元，类似于整个人体的扭曲，以错误活动为特征。“我们的发现可能是发现这些疾病起源的一个起点。这项工作也为先进的深度学习算法和基于人工智能的应用打开了新的视野，模仿神经元的各向异性特性，而不是当前机器学习应用中使用的各向同性节点。”

文章标题

Long anisotropic absolute refractory periods with rapid rise times to reliable responsiveness