科学家根据大脑在心跳时的颤动方式对神经元进行分类

当心脏跳动时，大脑会抖动，现在，研究人员发现了一种方法，可以利用这种运动更好地研究神经元类型之间的差异。在3月10日发表在杂志上的一项研究中细胞的报道，研究人员发现，通过分析他们在心跳期间从神经元记录的波形变化，他们可以更准确地对人脑中不同类型的神经元进行分类。他们说，这项工作可以帮助我们更好地理解大脑中不同类型的细胞是如何相互作用产生认知和行为的。

“我们正在记录神经元大脑为神经外科手术植入电极的病人，我们把神经活动到心跳，并发现每当心脏跳动时，许多神经元都会改变它们的放电模式，”西达斯-西奈医疗中心的克莱顿·莫舍说，他与艾伦研究所的伊娜·韦共同撰写了这项研究的第一作者。“我们说，‘好吧。这太令人惊讶了。’”

但随着研究小组进一步放大，他们意识到神经元并没有以不同的模式放电;相反，他的大脑在颤动。每一次心跳，大脑就会跳动，神经元在颅骨内的位置就会轻微移动。科学家们估计，在一次心跳期间，神经元会移动大约3微米，这比一根头发的宽度还小。神经元放电的不同外观是由这种运动造成的。

“我们从许多人认为是大脑运动而不是神经活动的结果开始。他们认为这太吵了。他们认为这是他们实验的一个限制，”艾伦研究所的科斯塔斯·阿纳斯塔西乌说，他和西达斯-西奈医疗中心的Ueli Rutishauser一起是这项研究的资深作者。“我们能够证明的是，如果以一种聪明的方式使用它，这种大脑自然发生的运动可以告诉我们更多关于我们正在记录的细胞的身份。这是因为从大脑不同位置测量同一神经元的活动可以提供关于神经元的额外信息。”

传统上，科学家们根据波形对神经元进行分类，波形是每个神经元每次活跃时发出的一种典型的电活动模式，即当它“峰值”时。每个神经元的波形形状是不同的。通过检查波形的宽度，科学家可以可靠地将神经元分为两种类型:窄波形和宽波形。

现在，由心跳引起的微小大脑运动使科学家能够更准确地测量波形形状。当神经元和电极之间的距离改变时，测量的波形也会发生变化。通过测量这些变化，研究小组表明他们可以区分人类海马体中三种不同类型的神经元:窄尖刺(NS)、宽尖刺1 (BS1)和宽尖刺2 (BS2)。每一类神经元都有不同的放电特性:研究人员发现BS1神经元用伽马波协调它们的活动，而BS2神经元用θ波协调它们的活动。

“伽马波和θ波是大脑中与认知高度相关的活动模式。例如，我们知道，记忆和学习与振荡密切相关。我们知道注意力与伽马振荡密切相关，”Anastassiou说。

他说:“最终，为了理解大脑是如何工作的，我们需要了解大脑中存在哪些不同类型的细胞，以及这些细胞类别如何相互作用以产生认知和行为。”“人们需要能够跨越尺度来说明微观世界是如何引起宏观世界中发生的这种行为现象的。我们的工作首次揭示了如何在人脑的鳞片之间建立这样的桥梁。”

神经科学的挑战之一是，神经元在活人体内的表现与在大脑切片中单独研究时的表现之间往往存在差异。通过对人脑组织的记录，研究人员能够构建单细胞模型，模拟真实神经元的生物物理特征和形态。该模型连接了体内大脑和离体大脑切片记录，作为一种分类神经元的新工具。人类神经元的计算模型可以用来更好地理解我们从植入电极的活人身上记录下来的信号。

“最终，我们想了解的是，一，不同类型的神经元在人类的大脑有助于认知和行为，”莫谢尔说。“第二个目标是研究心跳和呼吸反过来如何影响行为或认知。”