科学家揭示了一项重大突破，他们在人类大脑皮层中发现了一种前所未知的独特细胞信息传递形式，这一惊人发现提示我们对于大脑内部精密运作的理解还存在巨大的探索空间。令人振奋的是，这暗示了大脑作为计算单位的能力可能远超我们的想象。早在2020年，德国和希腊研究团队的一项研究成果引起了广泛瞩目。他们揭示了大脑皮层细胞内部存在着一种全新的“分级”信号生成机制，这种机制赋予单个神经元以额外的方式来执行其逻辑功能。科研人员通过分析癫痫手术切除的脑组织切片的电活动以及运用荧光显微镜解析其结构，发现了皮层中的单个细胞不仅利用常规的钠离子放电，还巧妙地利用钙离子进行放电。
这种正电荷离子结合产生的新型电压波被称为“钙介导的树突动作电位（dCaAP）”，在此之前从未被观察到。大脑与计算机的类比在某些方面有一定的局限性，然而在处理信息时，两者都借助电压的力量来执行各种任务。在计算机中，电子通过晶体管进行相对简单的流动；而在神经元中，则以离子通道开关的形式传递信号——动作电位。不同之处在于，神经元在其树突末端采用化学方式对这些信息进行复杂的处理。
洪堡大学著名神经科学家马修·拉库姆教授于2020年1月在美国科学促进会上指出：“树突是理解大脑计算核心的关键所在，因为它们决定了单个神经元的计算能力。”如同神经系统内的红绿灯，树突的动作电位一旦达到阈值，便能触发或抑制其他神经元的信息传递，构成了大脑逻辑运算的基础——电压波形能够以AND、OR两种逻辑形式集体传递信息。
研究团队聚焦于大脑皮层这一最复杂且褶皱密集的中枢神经系统区域，特别是在第二、三层深处，这里分布着大量负责高级感觉、思维和运动控制功能的分支神经元。他们将这些细胞连接至“体树突膜片钳”设备上，精确测量每个神经元上下的活动电位，并记录其信号特征。
首次观测到树突动作电位时，研究团队感到无比激动。为了确保这一现象并非仅存在于癫痫患者体内，他们从脑肿瘤样本中再次进行了验证实验，并在老鼠及人体细胞中观察到了差异显著的独特信号模式。尤其值得注意的是，在阻断钠通道后，通过注射河豚毒素，他们依然检测到信号存在，直至钙通道被阻断，一切才回归平静。
科学家们在发现钙介导的动作电位之余，更通过建模揭示了一个意外之喜：这些单独的神经元实际上可以充当“异或”（XOR）运算点，只有当一个信号以特定方式分级时，另一个信号才能通过。长久以来，异或运算被认为需要网络级解决方案，而这一新发现颠覆了传统认知。
尽管关于dCaAP在整个神经元和活体系统中的具体行为及其是否为人类独有抑或其他动物也演化出类似机制等问题，尚需进一步研究解答，但这项新发现无疑为科技领域带来了启示。了解人类单个细胞所隐藏的更多秘密，可能会催生出模拟人脑构建网络晶体管的新思路。
最后，科研人员面临的一个挑战是如何解读这种新的逻辑工具如何在单个神经细胞内实现并转化为更高层次的功能。这篇极具影响力的研究成果已发表在权威期刊《科学》上，标志着我们在揭开大脑神秘面纱的道路上又迈出了坚实的一步。
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