大脑对信息的电编码是否调整亚细胞结构

为了产生包括思维在内的许多功能，大脑在许多尺度上工作。目标或图像等信息由神经元网络之间协调的电活动表示，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发表的一篇新论文认为，网络的电场会影响神经元亚细胞成分的物理配置，以优化网络稳定性和效率，作者称之为“细胞电偶联。

“大脑正在处理的信息在将网络微调到分子水平方面发挥着作用，” 麻省理工学院 Picower 学习与记忆研究所的 Picower 教授 Earl K. Miller说，他是Progress杂志的合著者与麻省理工 学院和伦敦城市大学 副教授 Dimitris Pinotsis以及约翰霍普金斯大学的 Gene Fridman 教授一起获得神经生物学博士学位。

“大脑适应不断变化的世界，”皮诺西斯说。“它的蛋白质和分子也会发生变化。它们可能带有电荷，需要跟上使用电信号处理、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。”

领域思考

Miller 实验室的一个主要重点是研究工作记忆等更高层次的认知功能如何能够快速、灵活且可靠地从数百万个神经元的活动中显现出来。神经元能够通过创建和删除连接(称为突触)以及加强或削弱这些连接来动态形成电路。但是，米勒说，这只是形成了一个信息可以流动的“路线图”。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，节奏活动更通俗地称为不同频率的“脑电波”。

快速的“伽马”节奏有助于从我们的视觉中传输图像(例如松饼)，而较慢的“β”波可能会传达我们对该图像的更深层次的想法(例如“太多的卡路里”)。Miller 的实验室表明，如果时间合适，这些波的爆发可以进行预测，使信息能够写入、保留和读出工作 记忆。 当工作记忆发生时，它们 也会崩溃。该实验室报告的证据表明，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实现灵活的认知，这一概念称为“空间计算”。

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

细胞电耦合

在这项新研究中，作者将这种节律性电活动协调神经网络模型与电场可以在分子水平上影响神经元的其他证据相结合。

例如，研究人员研究了 电化学耦合，其中神经元通过它们的膜的接近度影响彼此的电特性，而不是仅仅依赖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 发出脉冲 以将电信号中继到电路中的其他神经元。

Miller、Pinotsis 和 Fridman 还引用了一些研究，这些研究显示了对细胞及其成分的其他电学影响，包括 电场如何引导 神经发育，以及 电场如何调整微管。

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的神经元和其他元素形成网络，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(松散地)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清晰的信号。同样重要的是细节，如每个观众家庭如何安排电视、音响系统和客厅家具，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他们自己的基础设施以最佳地参与。

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