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1 # 使用者1429957421048
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2 # 兒童康復指導金老師
神經網路中的神經元是不是透過突觸連線的?
走進科學,大腦的基本單元:神經元和突觸
大腦裡的神經元和突觸,實現資訊的傳遞。
神經元,又叫神經細胞,它就像一個搬運工,將人類的五種感官蒐集到的所有外界資訊傳遞到你的大腦。比如你看到一個漂亮的女孩、你聞到她身上飄來的香味、你聽到她動聽的聲音,都是神經元在起作用。它作為搬運工傳遞著從眼耳口鼻手這些器官接收到的資訊,這個傳遞過程就像在長城上點烽火臺一樣,一個接著一個,最後傳到你的腦中。然後你就感覺到,噢,原來是這樣一幅畫面、這樣一種味道、這樣一段聲音。
那神經元到底長什麼樣呢?我們都知道一般細胞的樣子,那是一層細胞膜包著一包物質,就像一個裝了水的氣球。這個氣球就叫“胞體”,就是細胞體的意思。
而神經元除了擁有一般細胞的結構外,還從細胞體上長出了一根根的小觸手,就像刺蝟身上的突刺。這些突起的小觸手被叫做“神經突起”。刺蝟身上的刺大同小異,但神經突起卻不是。神經突起有兩種。一種突起長度較短、但數量較多,就像樹林裡的樹木一樣,所以我們叫它“樹突”,它負責接收資訊。另一種突起明顯不同於其他的,並且只有一根,它的名字叫“軸突”,軸是車輛軸承的軸,軸突負責傳送資訊。
軸突長短不一,人身上最長的軸突要從腳趾一直到脊柱的尾端,大概有一米。其他體型更龐大的動物就更長了。比如長頸鹿,它的初級傳入神經軸突有五米多長。你可能認為這並不長,但相比於神經元細得可憐的直徑來說,5米已經是天文數字了。如果把健美教練的手臂比做軸突,那這個長度就是從北京到天津的距離。
講到這裡,你就知道神經元的樣子了,它在一般的胞體之外還有著“樹突”和“軸突”兩種神經突起。樹突、軸突、胞體共同構成了神經元這個基本單位。
你可能會問,作為大腦的基本單元,神經元就是大腦的全部嗎?並不是。如果搞腦內民主,神經元是做不了多數黨的,因為其數量只佔約10%。剩下的90%叫做“神經膠質細胞”。可即使佔九成,神經膠質細胞依舊不能作為大腦的基本單元,這是為什麼呢?
因為神經元和膠質細胞的功能差異。
神經元和神經膠質細胞之間,就像是主僕一樣。神經膠質細胞是個丫鬟,天生為神經元服務,用來隔離周圍的神經元,並且為神經元輸送營養,所以神經元才是真正資訊傳遞的核心。
在從外界到大腦的這一條長長的資訊高速公路上,作為驛站的神經元已就位,但它們卻只是一個個獨立的個體,是什麼實現了它們之間的溝通連線呢?這就要說到第二個基本單元了——突觸。
“突”是樹突、軸突的“突”,“觸”是接觸的“觸”。簡單來說“突觸”就是軸突和樹突接觸的地方。它很像我們熟悉的關節。肘關節連線著大臂和小臂,膝關節連線著大腿和小腿,而突觸就連線著一個神經元和另一個神經元。 我們來模擬一下資訊傳遞的過程。一個神經元接收到了資訊,傳遞給軸突,到了軸突的末端後,再透過一種神秘的方式傳遞給另一個神經元的樹突,樹突接收到資訊再告知神經元中心的部分——胞體。這就完成了一次神經元間的資訊傳遞。 第二個神經元胞體一看,這樣太麻煩,軸突直接把資訊傳給我也行,於是就建立了另一種資訊傳遞的通道。 在這個傳遞過程中,我們可以看出,突觸有兩個重要組成部分。一部分是傳出資訊的軸突末端,我們叫它突觸前;另一部分是接收資訊的樹突或者胞體本身,我們叫它突觸後。突觸前和突觸後共同組成突觸,它就是神經元間資訊傳遞的橋樑。
那突觸傳遞資訊的神秘的方式又是什麼呢?神經科學史上曾有“湯與電火花”之爭,“湯”一方認為突觸是透過化學物質傳遞資訊的,而“電火花”一方則堅信神經元間是直接用電刺激來進行溝通的。這場爭論並沒有輸家。
雖然大多數的突觸是透過化學物質傳遞資訊的,這種化學物質叫做“神經介質”,但也有一種用電溝通的突觸。這種突觸的兩側相鄰細胞離得很近,近到了細胞間縫隙只有2奈米,我們把這種連線方式叫做縫隙連線,它使得帶電離子可以在細胞間流動,從而實現動作電位的傳遞。
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1.新生兒的中樞神經系統和周圍神經系統中感知神經元-中間神經元-動作神經元的連線是和成年人無異的。但是大腦內神經元的數量從胎兒時期就基本成型,之後數量不會有太大變化,因為神經元無法透過細胞分裂進行,只能透過神經幹細胞的演變得來。2.神經連線一般受到神經促進因子和抑制因子的影響進行選擇性連線,在大腦的不同區域,不同功能區有著不一樣的連線規則。這種連線一般來說指的就是突觸,突觸是具有可塑性的(Garraghty, 2006)。早期的神經電生理學中有一個神經活動發現叫長期增強作用(Long-term potentiation,LTP),就是說高頻度的刺激和引發一組特定的神經連線會引發突觸後細胞的持久增強反應 (Bliss & Lomo, 1973)。舉例來說就是你反覆重複朗讀背誦一句話,就會記得更牢固。於是乎,不經常刺激某種連線,這種連線的強度就會減弱,你就只是對一句話有印象而不能清晰地背誦出來參考:Bliss, T. V., & Lømo, T. (1973). Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the anaesthetized rabbit following stimulation of the perforant path. The Journal of Physiology,232(2), 331-356. doi:10.1113/jphysiol.1973.sp010273Garraghty, P. E. (2006). Long-Term Potentiation, Discovery of. Encyclopedia of Cognitive Science. oi:10.1002/0470018860.s00395