科学家发现单小我私家脑神经元可以执行异或运算

科学家发现了人脑中前所未知的细胞信息通报形式。令人兴奋的是，这一发现表示，我们的大脑具有比我们意识到的更强大的盘算功效。

来自德国和希腊的研究人员发现，大脑外部皮层细胞有一种机制，可以自行发生新的“渐变”信号，该信号可以为单个神经元提供实现其逻辑功效的奇特方式。

借助从癫痫患者病灶处切除的组织切片，丈量其中的电化学运动并使用荧光显微镜分析其结构，神经外科医生发现，皮层中的单个细胞不仅使用普通的钠离子来发送信息，而且还用到了钙离子。

带正电的离子组合引发了从未见过的电压波，称为钙介导的树突行动电位或dCaAP。

将大脑(尤其是人类的大脑)与盘算机举行比力，虽说类比具有局限性，但在某些方面，确实很是利便。

两者都借助电压来执行种种操作。在盘算机中，电子以相当简朴的方式流过晶体管。在神经元中，信号的载体是打开和关闭通道形成的波，这些通道用以在细胞内外交流钠、氯和钾等带电粒子。这种流动离子的脉冲被称为行动电位。

神经元取代晶体管，在被称为树突的神经分支末了以化学运动的形式完成信息通报。

洪堡大学神经科学家Matthew Larkum说：“树突对于明白大脑至关重要，因为它们是决议单个神经元盘算能力的焦点。”

树突是我们神经系统的红绿灯。如果行动电位足够显著，则可以将电运动通报给其他神经。这是我们大脑的逻辑基础——以两种形式配合转达的电压颠簸，相当于逻辑电路中的AND和OR。

大脑皮层中较深的第二层和第三层特别厚，挤满了执行与感受、思想和运动控制相关的高阶功效分支。

研究人员将注意力放到了这些皮层的组织上，把细胞毗连到被称为树突状细胞膜片钳的设备上，在每个神经元上发送运动电位，记载其信号。

Larkum说：“有一个'尤里卡'时刻，我们第一次直寓目到了树突状细胞的行动电位。”

为了确保这并非癫痫病患者独占的症状，他们对从脑肿瘤中提取的少量样本举行了仔细检查。

只管对大鼠举行了类似的实验，但他们视察到的人脑神经元的信号却与之大不相同。

更重要的是，当给细胞注入被称为河豚毒素的钠通道阻滞剂时，人脑细胞仍然有电位运动。在进一步阻断钙离子通道后，细胞才平静下来。

寻找钙介导的行动电位已然足够有趣，而对钙离子信号的建模，又带来了更大的惊喜。

除了逻辑门AND和OR外，这些单个神经元还可以充当“异或”运算门。

异或(xor)是一个数学运算符。它应用于逻辑运算。异或的数学符号为“⊕”，盘算机符号为“xor”。其运算规则为：

a⊕b = (¬a ∧ b) ∨ (a ∧¬b)

如果a、b两个值不相同，则异或效果为1。如果a、b两个值相同，异或效果为0。

异或也叫半加运算，其运算规则相当于不带进位的二进制加法：二进制下用1表现真，0表现假，则异或的运算规则为：0⊕0=0，1⊕0=1，0⊕1=1，1⊕1=0(同为0，异为1)，这些规则与加法是相同的，只是不带进位，所以异或常被认作不进位加法。

研究人员写道：“传统认为，异或需要网络结构才气实现。”

dCaAP在整个神经元以及生命系统中的作用，还需要更进一步的视察。同时，弄清其它动物是否生长出了类似机制。

仿生学可以借助生物神经系统设计出全新的网络晶体管蓝图。

这项研究揭晓在《科学》上。

本文译自 sciencealert，由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)公布。