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人类的思考能力真的独一无二吗?科学家:是的

来源:网络整理 作者:武汉新闻网 人气: 发布时间:2018-10-22
摘要:思考是否是人类独有的能力?

人类的思考能力真的独一无二吗?科学家:是的

图源:图虫创意

各方对此意见不一。动保和白左人士常常说,动物虽然智力低,但其实同样能思考、有情感,因此理应具有相应的权利;而在大多数人,动物即便会思考,其思考模式和人类也是不同的,更多是想人工智能一样,在接受到大量内容后形成相对固定的输出。最近的一份研究报告似乎验证了后一种说法,该报告证明,神经树突的电特性可以解释人类大脑独特的计算能力。

人类大脑中的神经元要接收来自数千个其他细胞的电信号,凭借的被是其延伸出来一个细长部分,即树突。树突在神经接受、整合信号,并正确反馈给其他细胞的过程中,起到了很大作用。

麻省理工学院(MIT)的神经科学家利用难得的人脑组织样本,发现人脑神经树突具备与其他物种差异巨大的电学特性。他们的研究表明,当电信号沿着人脑树突传导时,会衰退得更厉害,这意味着一小部分树突可以独立于神经元的其他部分工作,为人脑出现更多分区创造了前提条件。

研究人员说,这些差异可能有助于增强人脑的计算能力。

“人类之所以聪明,不仅仅因为我们有更多的神经元和更大的皮层。从深层次看,就连神经元的行为方式都是不同的。在人类神经元中,有更多的电信号分区,让各单元之间更加独立,这会增加单个神经元的计算能力。”

这篇论文的第一作者是MIT大脑与认知科学系的研究生拉罗什(Lou Beaulieu-Laroche)。MIT麦戈文脑研究所成员哈内特(Mark Harnett)、哈佛医学院兼麻省综合医院神经学助理教授卡什(Sydney Cash)是论文的高级作者。

神经计算

树突可以被看作是计算机中的晶体管,通过电信号进行简单的操作。树突接收其他神经元的信号输入,并将这些信号传送到细胞体内。如果受到足够的刺激,神经元就会产生一个动作电位——一种用来刺激其他神经元的电脉冲。由神经元组成的大脑网络开始相互交流,产生思考行为。

单个神经元的结构就像树一样,存在许多分支树突,将信息传送到远离细胞体的地方。先前的研究发现,到达细胞体的电信号的强度在一定程度上取决于它们沿着树突传播的距离。随着信号的传播,它们会变得更弱,所以远离细胞体的信号比接近细胞体的信号产生的影响要小。

因为人类大脑皮层已经进化得比其他物种厚得多,神经树突比老鼠等大多数其他物种长得多。在人类大脑中,大脑皮层约占大脑总容量的75%,而在老鼠大脑中这一比例约为30%。

虽然人类大脑皮层比老鼠厚2到3倍,但它仍然保持着同样的整体结构,即由6层不同的神经元组成。第5层的神经元有足够长的树突,可以一直延伸到第1层,这意味着,随着人类大脑的进化,人类的树突不得不拉长,而电信号也必须走得更远。

在MIT的新研究中,科研小组的目标是找出长度差异如何影响树突的电学特性。为了比较比较大鼠和人脑树突的电活动,他们必须取得部分部分颞叶组织。在几位合作者的帮助下,哈内特的实验室从一位癫痫患者切下的小块脑组织上,获得了大约指甲大小的前颞叶样本。

哈内特表示,有证据表明,颞叶前部不受癫痫的影响,而且在神经病理学检查时,该组织看起来是正常的,因此可以作为研究对象。另外,虽然颞叶前部参与多种大脑活动,包括语言和视觉处理,但对任何一项功能都不重要,切除后没有对病人的工作造成很大影响。

得到组织后,研究人员将其放入一种与脑脊液非常相似的溶液中,并时时向其充入氧气,这使得他们保持组织存活48小时。在此期间,他们使用一种被称为膜片钳电生理学的技术,来测量电信号如何沿着锥体神经元的树突传播,锥体神经元是皮质中最常见的兴奋性神经元类型。

这些实验主要是由拉罗什完成的。哈内特实验室(和其他实验室)之前已经在啮齿动物的树突上做过这种实验,但是本次实验还是第1个分析人类树突电学性质的。

独特性质

研究人员发现,由于人脑神经树突延伸的距离较长,所以当信号从第1层流向第5层细胞体时,信号比在老鼠神经上衰减的程度高得多。研究表明,人类和大鼠的大脑神经树调节电流流动的离子通道数量相同,但由于树突的伸长,这些通道在人类树突中以较低的密度出现。借助实验,他们开发出了一个详细的生物物理模型,用以阐明这种密度变化如何解释人类和大鼠树突电活动的一些差异。

问题是,这些差异如何影响人类的脑力?哈尼特的假设是,由于这些差异,树突的更多区域可以影响传入信号的强度,单个神经元可以对信息进行更复杂的计算。他解释道:“如果你有一个皮质柱,里面有一大块人类或啮齿类动物的皮质,你就能更快地用人类结构来完成更多的计算,而不是啮齿类结构。”

哈内特补充说,人类神经元和其他物种的神经元之间还有许多其他的差异,这使得我们很难弄清树突电特性的精确影响。在未来的研究中,他希望进一步探索这些电特性的影响,以及它们如何与人类神经元的其他特性相互作用。

责任编辑:网络整理

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