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简单数学图形可描述神经“丛林”连接
作者:日照科普网  点击次数:1717  发布时间:2012-10-15 11:10:32

中国科技网讯 如果按大小和形状给神经元分类,那种类数量惊人。各种各样的神经元之间彼此连接,形成密密匝匝的细胞“丛林”,要想找出其中的规律极其困难。据物理学家组织网近日报道,英国伦敦大学学院的科学家找到了一种能用简单图形描述所有树枝般神经元的新方法,并为100多年前的神经元形状假说提供了证明。相关论文发表在美国《国家科学院学报》上。

神经元看起来很像树,通过分支与其他神经元相连。这些分支就像电路中的导线,能传输各种感受、情绪、思想和行动的脉冲。

100多年前,被誉为现代神经科学之父的圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔曾试图找到一种能系统化地描述神经元形状的方法。他认为这种方法必定是一种能涵盖多样性的统一性法则。卡哈尔提出,神经元扩展分支有个原则,就是用尽可能少的线来到达网络中的其他细胞。减少细胞间连线的数量可以节约空间,让大脑中能容纳更多神经元,以此提高大脑处理信息的能力。

新研究用计算机证明了这一假说。伦敦大学学院沃尔夫森生物医学研究院博士赫曼·昆茨和同事发现,神经元形状遵守幂次定律的简单数学关系。幂次定律在整个自然界非常普遍,是一种描述复杂结构的简单法则。而他们所收集的许多动物的多种神经元类型都符合幂次定律,为拉蒙·卡哈尔的总体法则提供了有力证据。他们用一个简单的计算程序就解决了问题,即让连接点用尽可能少的线,如此产生的树枝状线形花纹和真的神经元几乎没有区别,而且也非常美丽。

研究人员还用嗅球中的神经元检验了这一理论。嗅球是能不断形成新神经元的脑区之一,即使在成人脑中,这里也有新神经元产生并形成新的连接。他们分析了新生的嗅球神经元在几天里发生的形状变化,发现其生长也遵守幂次法则,为他们的理论提供了实验证据。

赫曼·昆茨说,神经科学的终极目标是弄清楚这些厚厚的神经“丛林”如何产生复杂的行为,他们的发现证实了卡哈尔最初的观点,即神经线路背后确实有着简单的法则,这也为神经科学家将来能看到这片森林中的每棵树带来了希望。(常丽君)

《科技日报》(2012-07-18 二版).

来源:中国科技网


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