生物医学工程研究人员发现，在休息期间，单个神经元以有组织的级联方式放电，触发整个大脑的活动
这里，五个单独神经元的尖峰活动显示在老鼠大脑的一个部分
信用:小刘 根据宾夕法尼亚州立大学和美国国立卫生研究院的研究，当老鼠休息时，单个神经元在几秒钟内发出协调的级联反应，触发大脑的活动
以前，这被认为是一个相对随机的过程——单个神经元在没有外部刺激的情况下，在随机时间自发放电
这一发现发表于11月
根据第一作者、计算与数据科学研究所生物医学工程助理教授和同事小刘的说法，在《美国国家科学院院刊》上发表的18篇文章是在啮齿类动物中完成的，但可能会对更好地理解人类的神经活动产生影响，尤其是在阐明认知衰退方面
在休息期间，大脑似乎会自我恢复:海马体巩固记忆，而脑脊液则流过神经组织，使大脑焕然一新
然而，表面上的整理和清洁的机制还没有被很好地理解
“在静止状态下，单个神经元以高度有组织的方式放电，形成长达数秒的级联事件，”刘说
“这不是随机噪音
我们期望发现神经元在静止状态下以某种组织方式放电，但我们没有想到如此高度组织化的活动模式会涉及如此多的神经元
" 研究人员分析了艾伦研究所收集的公共数据集
艾伦研究所的科学家记录了静止和活动的啮齿动物中数百个神经元的“尖峰信号”——通过大脑传输信息的电脉冲
他们还测量了瞳孔变化和身体运动
总的来说，宾夕法尼亚州立大学的研究人员将他们的分析集中在14只啮齿动物的44个不同脑区的大约10，000个神经元的个体动态上
啮齿动物在休息期间被分析，此时它们的身体是静止的；然而，研究人员称，不知道这些动物是在睡觉还是只是在休息，因为它们睡觉时眼睛是睁着的
刘和他的团队分析了低频固定时间间隔内自发扣球活动的频率
他们观察到，70%的记录神经元，无论其大脑区域或起源如何，都参与了持续5到10秒钟的循环有序的整体大脑活动级联
这种级联反应的典型特征是从一组在休息时更活跃的神经元到另一组在活跃运动时表现出更强烈的尖峰脉冲的连续激活
尽管级联事件的意义尚不清楚，但研究人员根据他们对瞳孔大小、δ波和海马区波纹活动的分析，提出它们可能与大脑唤醒状态和记忆有关——海马区波纹活动是各种神经活动的指标
刘说:“大脑中的δ波和瞳孔大小是大脑唤醒状态的指标。”
“例如，啮齿类动物的δ波在睡眠时比清醒时强得多
另一方面，海马涟漪是对记忆巩固很重要的高频振荡事件
" 刘和他的团队发现，两个唤醒指标——瞳孔大小和δ波——以及海马的波纹在每个全局脉冲级联的周期中有系统地变化，这意味着它们在每个周期的不同阶段更高或更低
唤醒指标和涟漪的这种协调变化表明，静息状态下大脑活动的级联事件可能会将大脑的唤醒和记忆系统联系起来
根据刘的说法，尖峰级联与觉醒和记忆系统的联系也暗示了在阿尔茨海默病和其他认知功能障碍中的可能作用，这些认知功能障碍通常以两个系统同时出现的功能障碍为特征
刘说，研究人员从功能磁共振成像中了解到，在休息期间，大脑表现出整体活动的激增，这与脑组织上的脑脊液流动相结合
今年早些时候，刘和他的团队发现，这种耦合在因阿尔茨海默病或帕金森病而导致认知能力下降的人群中显著降低
刘说:“用功能磁共振成像测量的静息状态整体脑信号处于相同的低频，并显示出类似于单个神经元脉冲级联的其他特征。”
“因此，这可能是我们发现的尖峰级联的宏观观察
" 刘解释说，如果通过功能磁共振成像测量的整体脑信号是由尖峰级联产生的，它可能负责触发脑脊液流动，从而清除大脑废物
如果不清理，错误折叠的淀粉样β蛋白斑块等分子的积聚会阻碍细胞通讯，导致神经元死亡和认知能力下降
刘说:“如果我们更好地理解休息期间神经级联的功能，我们就有可能更接近阿尔茨海默氏症如何发展的奥秘。”
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