美德科学家独立进行的两项最新研究表明，单个神经元的激发就足以影响学习和行为。这一结论挑战了人们长期以来的认识，即数千个神经元的有序排列才能够产生一个行为反应。这两篇论文12月19日在线发表于《自然》杂志上。
进行最新研究的是美国霍华德•休斯医学院的神经生物学家Karel Svoboda和同事，以及洪堡大学Michael Brecht领导的一个独立研究小组。他们的研究结论为一项饱受争议的神经理论---神经元“稀疏编码”假说(sparse-coding hypothesis)提供了依据和支持，该理论认为，少量的神经元就能够产生反应冲动。
Svoboda和Brecht的小组分别研究了啮齿动物大脑接收胡须感觉输入的区域---体觉皮层(barrel cortex)，它包括大约200万个神经元。尽管两个小组利用技术不同，但都能刺激特定的神经元。
Svoboda和同事创造出一种基因改造小鼠，它们能够在体觉皮层和学习相关的区域表达特定的荧光蛋白。这种通常存在于海藻中的蛋白通过令离子通过细胞膜，创造出电流来对蓝光发生响应。在向小鼠头骨植入一块玻璃窗后，研究人员又在它们头上安装了小型的发光二极管。研究人员可以通过改变二极管发光强度来调节细胞膜上作用的强度。
Brecht小组利用的是另一种手段。研究人员将能够激活单个神经元的电极深深植入大鼠的体觉皮层中。随虎，他们训练这些大鼠在感受到神经刺激后，利用舌头舔动作来打断一束光线。结果发现，平均而言，大鼠有5%的时间是对单个神经元的激励产生响应的。不过，这种响应的程度和范围高度依赖于被激发的是哪个神经元。比如，一些神经元能够唤起50%时间的响应。
德国尤利希研究中心(Julich Research Centre)的神经生物雪茄Dirk Feldmeyer表示，新的结论会对科学家如何看待神经系统网络产生根本的影响。“这真的能够改变人们的看法，即认为大脑皮层只会对大量神经元活动的激励产生响应。”
不过，Svoboda和Brecht都坦然承认，他们的发现无法终结关于“稀疏编码”假说的争论。Svoboda表示，“我们的研究表明动物能够读出十分稀疏的编码，但并不意味着正常行为的编码就是稀疏的。”而要真正弄清这一问题，需要极度敏感的成像技术来探测神经活动。“这个问题尚未以令人满意的方式解决，还有一些技术障碍需要克服。”Svoboda说。
（《自然》（Nature），451, 61-64（2007）, doi:10.1038/nature06445，Daniel Huber, Karel Svoboda）
（《自然》（Nature），451, 65-68（2007）, doi:10.1038/nature06447，Arthur R. Houweling, Michael Brecht）
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