奥秘#9　认识神经元

你的大脑里正进行着一场名副其实的电子风暴：1000亿脑细胞正相互之间发射着电子信号，它们负责着你的每一个想法和动作。

神经元，又称神经细胞或脑细胞，是一种特化细胞。神经元能发送电脉冲，并沿着神经纤维传导至其他神经元。它们相当于你私人电路里的电线。

接下来，我们会简要介绍神经细胞的一般性特征。当你观察它们时，它们可能正忙着将感觉信息传递给大脑，或把大脑信号传递给肌肉，抑或和其他神经细胞进行信号的传递或接收。人们在说起“神经元”时一般所指代的内容，正是我们最感兴趣的地方。（而所有神经细胞的基本结构相同。）

别以为我们在这里所描述的一般性结构，便是神经元的全部。其构造之精巧和复杂令人惊叹，涉及电学、化学和生物学，涉及结构和噪声的相互作用，涉及空间和动态互动的相互影响。信息处理得以发生，而这一处理过程无法被简单的规则所定义。[1]若想看一看神经元结构的复杂，你可以参考阅读下面书中有关神经细胞的章节：Molecular Cell Biology by Harvey Lodish，Arnold Berk，Lawrence S.Zipursky，Paul Matsudaira，David Baltimore，and James Darnell and published by W.H.Freeman.当然，任何高阶细胞生物学或神经科学的教科书，都能对这里未提到的信息进行补充。

神经元由细胞体和细胞突起组成。细胞突起可以非常长（比如长颈鹿的某些神经元，有其脖子那么长），也可以非常短（只能接触到附近细胞，不到几毫米）。信号在神经元内只进行单向传递。接收信号的突起叫作树突，向外传递信号且一般更长的突起叫作轴突。在大多数情况下，轴突只有一个，其末梢会产生分支，并与其他多达10 000个神经元相连。细胞轴突与另外一个细胞的树突相连接的地方叫作突触，在突触间隙里传递信号的化学物质叫作神经递质。每种神经元仅释放一种神经递质，但是会有接收不同种类神经递质的受体。电信号到达轴突末端，刺激释放储存着的神经递质，神经递质经过突触间隙（不过非常小）和另一边神经元上的专门与之结合的受体相结合。

尽管神经元之间的信号传递靠的是神经递质，但是神经元内部依然是电传导。电信号以动作电位的形式沿着神经元进行传导。这是我们所说的神经冲动、电信号和峰电位。或者用大脑成像的语言来说，大脑区域的放电或点亮（从图片上看，大脑活动区域长得就像这样）。动作电位是大脑里的基本信息单元，是神经元市场上的通用货币。

动作电位的两大数学特点如下：

·动作电位是二进制的。一个神经元要么放电，要么不放电。它每一次放电，信号大小都是一样的（接下来会有更多相关内容）。二进制能避免出现信号减弱的情况，因为相比于神经元的分子大小，它们之间需要传递的距离要大得多。

·神经元以它们发送信号的频率进行信息编码，而不以所发送信号的大小。信号大小一直是一样的，所要传递的信息藏在它们发送信号的频率里。信号越强烈，意味着峰电位的出现频率越高，而非单个峰电位更大。这就是所谓的频率编码。

我们可以从这两点看到，大脑的真正语言不仅是峰电位（神经元所发送的信号），还包括某一时段内的峰电位。

一个新的峰电位或神经冲动，无论是否为突触后神经元（位于突触接收端的神经元）所产生，它都被以下相互关联的因素影响：

·所释放的神经递质总量

·其他神经元所释放的神经递质的相互影响

·时间和空间上的距离

·神经元释放神经递质的顺序

所有这些短期信息都会被之前这两个神经元之间的互动历史影响，包括其中一个神经元使得另外一个神经元产生放电的次数，以及它们同时放电的时间点。这些都会给接下来互动发生的可能性带来些许影响。[2]

峰电位出现的频率相当高：最高的放电速率高达2毫秒一次（位于听觉系统，更多内容请见第四章）。虽然平均放电速度取决于传入大脑的信息，但每个峰电位实际出现的时间点是不可预测的。大脑内部沟通系统似乎已经进化到，噪声只影响所传递信息的一个方面，即时间，而对信号的大小没有影响。噪声是所有生物系统的一种特性，它在我们最复杂的器官里出现并不令人意外。很有可能，噪声【奥秘#33】在大脑的信息处理上也起到一定作用。

当神经递质携带着信号（或者没携带，取决于具体情况）经过突触间隙之后，会被特殊的酶所分解并重新吸收，而且会在下一次信号来临时，再一次释放。许多毒品所影响的便是特定神经递质的释放速率和数量，以及它们被分解和再吸收的速率。

人们为什么不像电梯按钮一样运作【奥秘#11】和适应【奥秘#26】，展示了一些神经元对人们所产生的心理影响。

延伸阅读

·神经元如何诞生、发展和死亡，是另外一个非常有意思的故事，我们在这里没有涉及。美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）则给出了很好的介绍。

·神经元占大脑细胞总数的不到十分之一。其他90%～98%为胶质细胞，它们参与神经系统的发展和维持——就像大脑的系统管理员。不过，最新研究发现，它们的功能不止于此，它们在信息处理中也起到一定作用。你可以在《科学美国人》（Scientific American）2004年4月刊（卷290#4）的封面文章《大脑的另一半》（The Other Half of the Brain）中读到更多信息。

[1] Gurney，K.N.(2001).Information processing in dendrites II.Information theoretic complexity.Neural Networks，14，1005–1022.

[2] 不过，这是另外一个故事——一个叫作学习的故事。