当尖峰碰撞:动摇神经科学的基础

(欧宝娱乐地址Medical Xpress) -轴突脉冲碰撞时会发生什么?对神经科学来说幸运的是，这通常只发生在神经科学家人为地制造反传播脉冲来研究连接时。然而，在真实的大脑中，碰撞不仅是每一种神经突的整体现实，我们可以想象它是神经元本身的主要关注点，也是它们采取独特形式的原因。如果脉冲在碰撞时湮灭，就像标准理论所规定的那样，那么在梦幻岛，一切仍然可能看起来很好。但如果它们没有湮灭，也就是说它们相互穿过并继续存在，那么我们不仅在神经元的结构与其活动的关系上误导了自己，而且更令人震惊的是，我们在脉冲本身的基本性质上也被误导了。

1949年，Ichiji Tasaki研究了支配蟾蜍缝匠肌的髓鞘运动纤维的碰撞。他的结论是，至少在他所处的特殊条件下峰值得到annhilated。Tasaki过去是，现在仍然是就像伟大的卡哈尔之于神经解剖学。换句话说，他就是那个有计划的人。如果Tasaki发现尖刺不能相互穿透，那对我来说就足够好了，事实上，这对神经科学接下来的半个世纪来说已经足够好了。

之所以没有人进一步质疑这些发现，是因为霍金-赫胥黎(HH)理论，以及它所描述的不应期，完全解释了观察到的行为。我们应该提到的是，不应期在许多实验神经制剂中都有明确的描述。对于那些熟悉HH理论的人来说，不应期(本质上是蛋白质中的松弛过程)包含在蛋白质电导的参数化中。在当时，把动作电位比作燃烧的火药引信是很有吸引力的。在这种观点下恢复最快的轴突需要一定的时间来补充。如果尖峰产生得太快，或者从相反的方向穿透，它们将在两侧遇到不可激活通道的尾流。

但Tasaki并没有买整片药，就此而言这一模式的创始人也不知道。Tasaki拒绝了不应期可以解释刺突湮灭的观点。他的分析是，在碰撞过程中，神经内外的机电事件相互抵消，从而不满足再生脉冲的条件。1982年，他开始探索这究竟意味着什么机械的反应乌贼轴突中的脉冲碰撞。

Taski发现机械脉冲在碰撞点被修改了，但他没有完全检查湮灭本身的细节。显然，没有其他研究重复了1949年最初的实验。对湮灭情景的证伪实际上只需要拿出足够的例外情况，足以证明不再存在“一般情况”。哥本哈根尼尔斯玻尔研究所的托马斯·海姆伯格(Thomas Heimburg)最近就做到了这一点。Heimburg使用简单的蠕虫轴突准备，在两端刺激后可以计时和测量脉冲，Heimburg证明脉冲在碰撞中存活。

这里有一个警告。在蚯蚓蚓的腹索中，巨大的“轴突”和骑在它上面的脉冲不是任何单个神经元的领域，而是从六个间隙连接的节段中出现的集体神经元把它编织在一起。换句话说，每个2毫秒长的脉冲实际上比组成轴突的每个1毫米长的神经元的整个空间范围要长一些。基于这些原因，在更传统的轴突中演示碰撞效应显得尤为重要。为了达到这一目的，在美洲龙虾身上重复了实验，其中腹索的内侧巨型轴突每个都由单个神经元组成。

海姆伯格最近把他在Arxiv服务器上的新论文发给我看。它现在也即将到来物理评论X．在这篇论文中，他报告说脉冲速度和形状在实验碰撞中没有改变。非线性流体力学模拟表明，类孤子脉冲穿透时只会产生极少量的噪声，这与这些观测结果一致，但与HH模型的不应期湮灭峰值不一致。在不同类型的轴突中，尖峰传递的能量可以与不同的振幅和速度相关联。这些研究中使用的无脊椎轴突被认为是有髓的，但它们的脉冲传播速度远低于哺乳动物轴突的100米/秒上限。

没有理由预先假设，自然界规定的速度和激活阈值在两个方向上是相同的，在任何给定轴突的两端也是相同的。此外，如果神经直径不同，我们可以预期这些可观察到的变化显著。引人注目的是，其他研究人员已经证明了刺突可以而且确实如此沿轴突向下传播从突触到细胞体，这是他们日常生活的一部分。事实上，这些怀疑是海姆伯格注意到的影响之一，反向脉冲的速度略慢于正向脉冲。我问他是否认为较大的轴突可能通过非重叠区域来支持同时双向穿透脉冲。他的模型没有明确假设或预测任何半径依赖的脉冲产生或其他性质。他指出，膜域将比脉冲小得多，任何不均匀性都应该是平均的。在任何情况下，任何严格的半径依赖性脉冲速度的实验证据是远远不清楚的。

许多神经科学家关心的是将神经元分类为谷氨酸能神经元或多巴胺能神经元，海姆伯格可能把它们都归类为“孤能神经元”。这意味着它们都在脂质界面上以孤立声波的形式传播脉冲。在许多无形的东西中，建立任何新的教条通常都需要以多种令人信服的方式进行论证。一个很好的下一步可能是在鱼的典型Mauthner细胞介导的c启动反射中观察这些现象。特征良好的毛瑟细胞遍布整个鱼的大脑，它产生的深思熟虑的尖刺考虑到不同的电磁和ephaptic影响。此外，这些弥散细胞的神经突毫无疑问地在彼此几乎隔离的情况下进行局部对话，但在需要时，似乎能够在需要时保持沉默，以处理更重要的有机体问题。

在这样的设置中，在不同的区域和方向发送峰值之间的差异是巨大的，它们要么碰撞，要么不碰撞。理解这些神经突中信息处理的潜在限制或过剩是至关重要的。

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