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(2022-08-04 16:12:19)
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到底在你大脑中的那些电冲动是什么？
撰稿人 Gabriel A. Silva
Aug 2, 2022,02:51pm EDT
我写关于神经科学及其与技术的交集。
连接的神经元的光学显微照片。
随你读这些话数十亿个电冲动正在飞过你的大脑。在一个复杂的活动交响乐中，所有这些冲动都不知怎的正在编码你的思想、感受和理解。在一个典型的成人大脑中大约有850亿个神经元，所有这些神经元之间大约有10万亿个连接或突触（这是一个“1”后跟16个零！）复杂性真的是令人震惊的，围绕它很难将一个人的思维包住。它是一个蔑视任何直觉把握的概念的大小和计算空间的信息网络。
而这只是神经元。在你的大脑中还有另外860亿个非神经元细胞------包括一类也贡献到能够与这850亿个神经元交叉交谈的信息处理。这种复杂性是如此惊人以至于来跟踪这一切并开始尝试理解它的唯一方法是使用数学建模和数据分析。神经科学家甚至可能需要等待量子计算机来变得可用以便完全模拟大脑。
然而，所有这些复杂性的基本单位，所有正在发生的信息处理是单个电冲动和化学发信事件。这是它们的故事。
这个故事必然始于一个神经元脑细胞的解剖和结构看起来像什么一样。有我们需要晓知的一些关键部分。一个神经元有一个对它的方向、一个极性------一个前端和后端。在前面是树突，蜘蛛状的和往往密集的投影它们都汇聚并相遇在细胞体上。细胞体包含结构和器官器（神经元内的“微器官”）保持它活着并执行各种细胞和基因过程。连接到细胞体的是轴突。正是沿着轴突动作电势------电冲动或尖峰的一击------向下传播直到它们到达突触末端，在那里尖峰结束，但启动一个将那个信号传递给其他神经元的生化过程。
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轴突中的动作电势和树突中被相关但不同类型的电冲动是信息循路径通过神经元然后被传递到网络中其他神经元的物理携带体。
对信息流有一个谨慎的方向性。树突收集并整合来自其他神经元的传入信号。如果这些信号的积分量是足够的------单个信号怎样与彼此互加起来------并且它们达到一定的临界阈值，那么一个在初始段轴突从细胞体开始的地方被触发的动作电势。然后，随后的动作电势在大小（振幅）和形状（电波形）上不间断和不被衰减的沿着整个轴突的长度传播，直到它到达突触末端。
在突触交叉过到其他神经元的信号不是一个电冲动，而是一种然后触发下游神经元树状突起中的新电冲动信息的化学，只是一个同时发生在树突上的多达数千到数十万个这样的输入之一 。以这种方式，数十亿数十亿个信号独立的同时跨整个大脑中850亿个神经元的巨大网络传播。
好吧结果是你和你是的。你想的你如何通过你的感官与物质世界互动、你想象的、你怎样感受的、你如何学习以及你如何记忆的。据我们所知你的思维是你大脑中物理过程的结果，所有动作电势和其他细胞信号对集体的携带和处理大脑包含的所有信息负责。
这一切都是要解开的。它也有点像一个圆圈。无论你从圆圈的哪个位置开始，你都能从任何地方开始，四处走动，你最终会回到同一个地方。因此，要了解神经元如何与彼此沟通，我们必须从某个地方开始。在圆圈上的任何地方，因为从其他上游神经元接收信号的一个神经元最终会将这些信号传递给下游的其他神经元。
但细节很重要。因此，在一系列文章中我们将逐一探讨。
枝状突起中的电冲动在功能和生物物理上与轴突中的动作电势不同。当动作电势到达轴突末端时突触末端的事件与要么发生的毕竟不是电的。它是一种由动作电势的到达触发的生化机制接管，这又反过来将信号跨突触传递到下一个神经元。这反过来把我们放回到下一组神经元的树突，并经由电冲动回到发信。这都是精湛的工程。
细胞中电冲动的物理基础
来理解的第一件基本事情是一个电冲动或者对此在任何能够维持电活动的细胞中在一个神经元中意味的------ 它物理上是什么。这是一个构建块原则，我们将一遍又一遍的回顾。
细胞膜就像细胞的“皮肤”一样。它将细胞内的所有东西与外部的一切分开。它由叫磷脂、相互作用在膜内创造内部环境（疏水环境）排斥水的长碳链以及能够与水相互作用的表面分子（亲水环境组成）的分子组成。由于我们主要由水组成，包括围绕我们体内所有细胞的液体，这造成磷脂分离并保持细胞的内脏在内部和剩下的在这个世界外部。
人体细胞膜剖面图的计算机插图。细胞膜是细胞的一个控制着什么能进出细胞的东西的复杂部分。该膜有选择性地来渗透离子和有机分子，并控制物质进出细胞的运动。图中显示了脂质双分子层（浅蓝色）、有碳水化合物链（绿色）和跨膜离子通道（黄色）的跨膜蛋白（绿色）。
然而，细胞膜的恐水环境在做各种事情的磷脂之间充满了其他分子。它为细胞与它本地环境相互作用提供一套受监管和控制的机制和控制点，这与我们使用五种感官与我们周围物理世界相互作用的方式没有什么不同。
细胞膜中的一类分子称为离子通道。从字面上看，这些是穿过细胞膜的通道或孔隙，允许离子从细胞内部流向外部或从外向内流动。离子是一种带电的化学物种------来自元素周期表有电子不平衡使它有电荷的一种元素。在神经元中，我们需要知道的最重要离子是钠离子（Na+）、钾离子（K+）和钙离子（Ca2+）。这些离子字面上是穿过膜的最终构成了所有这些电冲动的电荷载体。
不过，通道并不总是打开的。它们有选择性的打开和关闭，这取决于细胞需要何时做什么以及如何做。离子通道是打开还是关闭取决于上下文。控制离子通道打开和关闭的是某些我们将在后续文章中讨论的事情。
在神经元中，正是许多许多钠离子和钾离子以一种非常特定的序列跨过细胞膜构成树突中的动作电势和电活动。所有这些电活动------由钠和钾离子跨神经元细胞膜的流动介导------最终编码大脑中的所有信息。
以此为起点，我们将能够了解这些离子的流动怎样在神经元的膜中产生一个电势，以及膜电势的非常快速的局部瞬态变化怎样产生动作电势本身。
）是加州大学圣地亚哥分校的生物工程和神经科学教授，在那里我持有J. Robert Beyster..
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