科学家根据大脑在心跳时的颤动方式对神经元进行分类
当心脏跳动时，大脑会抖动，现在，研究人员已经找到了一种方法，利用这种运动来更好地研究神经元类型之间的差异。在3月10日发表在该杂志上的一项研究中细胞的报道，研究人员发现，通过分析他们在心跳时从神经元中记录的波形变化，他们可以更准确地对人脑中不同类型的神经元进行分类。他们说，这项工作可以帮助我们更好地理解大脑中不同类型的细胞是如何相互作用产生认知和行为的。
“我们记录了神经元大脑为神经外科手术植入电极的人类病人，我们把神经活动西达斯-西奈医学中心的克莱顿·莫舍(Clayton Mosher)说，他与艾伦研究所的魏伊娜(Yina Wei)共同撰写了这项研究。“我们的反应是，‘好吧。这是令人惊讶的,”
但随着研究小组进一步放大，他们意识到神经元并没有以不同的模式放电;相反，大脑在颤抖。每一次心跳，大脑就会跳动，神经元在头骨内的位置就会轻微改变。科学家们估计，在一次心跳期间，神经元会移动约3微米，这比一根头发的宽度还小。这种运动产生了神经元放电的不同现象。
“我们从许多人认为是大脑运动而不是神经活动的结果开始。他们认为太吵了。他们认为这是他们实验的一个限制，”艾伦研究所的科斯塔斯·阿纳斯塔西奥说，他与西达斯-西奈医学中心的Ueli Rutishauser是该研究的资深作者。“我们能够证明的是，如果以一种聪明的方式使用它，这种大脑自然发生的运动可以告诉我们更多关于我们所记录的细胞的身份的信息。这是因为从大脑不同位置测量同一神经元的活动可以提供有关该神经元的额外信息。”
按照惯例，科学家根据波形对神经元进行分类，波形是每一个神经元在激活时发出的电活动的特征模式，即当它“峰值”时。每个神经元的波形形状都是不同的。通过检查波形的宽度，科学家可以可靠地将神经元分为两类:波形较窄的和波形较宽的。
现在，由心跳引起的微小大脑运动使科学家能够更精确地测量波形形状。当神经元和电极之间的距离改变时，测量的波形也会改变。通过测量这些变化，研究小组表明，他们可以区分人类海马体中三种不同类型的神经元:窄峰(NS)、宽峰1 (BS1)和宽峰2 (BS2)。而且每一类神经元都有不同的放电特性:研究人员发现BS1神经元的活动与伽马波协调，而BS2神经元的活动与θ波协调。
“伽玛波和θ波是大脑中与认知高度相关的活动模式。例如，我们知道记忆和学习与振荡密切相关。我们知道注意力与伽马振荡密切相关，”Anastassiou说。
他说:“最终，为了了解大脑是如何工作的，我们需要了解大脑中存在哪些不同类型的细胞，以及这些细胞是如何相互作用产生认知和行为的。”“人们需要能够跨越尺度来说明微观世界是如何引发宏观世界中发生的这种行为现象的。我们的工作首次揭示了如何在人脑的尺度之间建立这样的桥梁。”
神经科学面临的挑战之一是，在活体神经元的行为与在孤立的大脑切片中研究神经元的行为之间往往存在差异。通过对人类脑组织的记录，研究人员能够构建模拟真实神经元生物物理特征和形态的单细胞模型。该模型连接了活体大脑和离体大脑切片记录，为神经元分类提供了一种新的工具。人类神经元的计算模型可以用来更好地理解我们从植入电极的活人身上记录的信号。
“最终，我们想要了解的是，第一，不同类型的神经元在人类的大脑有助于认知和行为，”莫舍说。“第二个目标是研究心跳和呼吸如何反过来影响行为或认知。”
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