重大研究：光學方法竟可能高估神經元傳導

要衡量一個想法向來都很困難。神經科學家有一些巧妙的方法，但現在康涅狄格大學的研究人員在《科學報告》中 描述 ，最引人注目的那種方法或許沒有之前所設想的那麼精確。

我們的大腦由數十億個細胞組成。其中有一些被稱爲神經元的細胞會來回發送電信號。這些信號是大腦中思想的物理表現。

科學家有兩種測量這類信號的辦法。最精確的辦法是在神經元裡使用一個微小的電探針，但一次性對多個細胞進行這樣的操作是不現實的。爲了觀察衆多神經元相互傳遞信號，研究人員使用一種特殊的染料，當鈣離子波通過時它會閃爍光。鈣離子是電荷的載體；當它們穿過腦細胞時，電信號也正在穿過那個細胞。從理論上講，可以用相機來記錄並計算閃爍的次數，從而揭示發出信號的神經元的數量。

在康涅狄格大學醫學院的安蒂克實驗室內，神經科學家卡塔琳娜·米利切維奇、維奧萊塔·伊萬諾娃和同事們研究阿爾茨海默病如何影響神經元信號傳導。他們好奇這種光學方法測量這種信號傳導的效果到底怎麼樣。

爲了找出答案，米利切維奇和伊萬諾娃與他們的同事一起，不辭辛勞地一次一個地將電極插入單個神經元，並記錄每個神經元電信號的發射頻率。同時，他們用相機對這同一組神經元進行光學記錄。

他們的結果出乎意料。他們發現，光的閃爍出現的頻率比神經元實際發出信號的頻率更高。有時，鈣離子的細微波動會在神經元中穿過。這些細微的波動不足以激活細胞的主要信號電位（神經衝動），但足以讓染料在相機下閃爍。

米利切維奇、伊萬諾娃和他們的同事將這些較小的亞閾值電信號稱爲“去極化平臺”。研究人員還發現，如果神經元將一個神經衝動與一個平臺相結合，產生的閃光會比由一個神經衝動組成的普通信號事件亮兩到三倍。一個神經衝動與平臺電位的結合，在相機看來，就好像是兩三個神經衝動在反覆觸發，而不是隻有一個。

“此前人們一直認爲，神經元鈣信號僅僅（呈線性）與神經衝動的產生相關。”米利切維奇說。“它能夠被潛在的平臺電位所增強，”“這使得通過光學方法來測量神經元活動變得愈發棘手。”

研究人員當下正以兩倍的速度對神經元中的相同信號現象展開研究，以比神經科學家通常快兩倍的速度來拍攝電信號和光信號的快照。他們想要確保不會錯過任何其他的思維迸發瞬間。