神经细胞之间连接的大小决定了它们的信号强度

新大脑皮层是人类用来处理感官印象，存储记忆，对肌肉进行指令以及为未来做计划的大脑部分。这些计算过程是可能的，因为每个神经细胞都是高度复杂的微型计算机，可以与大约10,000个其他神经元进行通信。这种通信通过称为突触的特殊连接进行。

突触越大，信号越强

苏黎世大学(UZH)和ETH Zurich的神经信息研究所的Kevan Martin实验室的研究人员现在首次表明，突触的大小决定了其信息传递的强度。马丁解释说：“较大的突触导致更强的电脉冲。找到这种关系可以弥合神经科学中的关键知识鸿沟。”“这一发现对于增进我们对信息如何通过大脑的电路流动以及大脑如何运作的理解也至关重要。”

重建新皮层神经细胞之间的连接

首先，神经科学家着手测量两个相连神经细胞之间突触电流的强度。为此，他们准备了小鼠大脑的薄片，并在显微镜下将玻璃微电极插入了新皮层的两个相邻神经细胞中。这使研究人员能够人工激活其中一个神经细胞，并同时测量在另一细胞中产生的突触冲动的强度。他们还将染料注入两个神经元中，以在光学显微镜下三维地重建它们的分支细胞过程。

突触大小与信号强度相关

由于突触是如此之小，科学家使用电子显微镜的高分辨率来可靠地识别和精确测量神经元接触点。首先，在他们的光学显微镜重建中，他们标记了转发信号的活化神经元的细胞过程与接受突触冲动的神经元的细胞过程之间的所有接触点。然后，他们在电子显微镜下识别了两个神经细胞之间的所有突触。他们将这些突触的大小与其之前测量的突触冲动相关联。主要作者，曾在凯文·马丁团队中攻读博士学位的格雷格·舒克尼希特说：“我们发现突触冲动的强度与突触的大小和形式直接相关。”

深入了解大脑的接线图

现在可以基于所测量的突触大小，使用这种相关性来估计信息传输的强度。Schuhknecht解释说：“这可以使科学家利用电子显微镜精确绘制新皮质的接线图，然后在计算机中模拟和解释这些接线图中的信息流。”这样的研究将使人们更好地了解正常情况下的大脑功能以及“接线缺陷”如何导致神经发育障碍。