单个神经元就能完成高级认知计算

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来源：科技日报

科技日报记者 王春

大脑如何思考？传统答案是“大量简单点状神经元联网计算”。中国科学家的最新发现改写了这一认知：神经元并不是简单网络节点，单个神经元的树突，本身就是一台执行认知计算的“超级计算机”。相关成果10月16日在线发表于《科学》。

“这相当于多台计算机联网的工作，一台‘树突’超级计算机就可以完成。”中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员徐宁龙说。

树突是神经元的树状分枝结构。长期以来，科学家将每个神经元视为简单的“求和节点”，忽略了树突内部的计算能力。早在1951年，张香桐院士开创性提出顶端树突具有主动电兴奋性；徐宁龙的导师、张香桐的学生吴建屏院士在组会上追问“树突，到底在做什么样的信息处理？”这成为他的科学初心。历经10年攻关，这一跨越三代的假说终于得到验证。

团队训练小鼠完成规则切换的听觉分类任务——声音高低的判断边界会无预警变化，小鼠必须从奖励反馈中推断隐藏规则。借助亚细胞分辨率的双光子成像，研究人员同步记录神经元顶端树突和胞体活动，再用光遗传学选择性“沉默”树突。

结果显示，同一神经元内，顶端树突负责编码“推断出的抽象规则”，胞体负责表征感觉信息，两者非线性整合后产生决策输出。一旦抑制树突活动，胞体选择信号便显著减弱——树突确实在参与认知计算。

这是科学家首次在认知行为中观测到树突作为独立亚细胞区室，编码“主观规则推断”这一关键认知变量，把树突计算机制从感觉、运动层面拓展到抽象规则的认知层面，更新了“单个神经元只是简单网络节点”的主流观点。

“大脑能用更节能的方式高效运算，灵活适应环境。”徐宁龙透露，下一步将与AI领域合作，把树突多区室计算原理应用于类脑AI底层架构革新，这需要大量跨学科协同攻关。

（中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心供图）

标签： 树突 胞体 神经元 脑科学 遗传学 高级