這壹次，麻省理工學院的神經科學家從珍貴的人腦組織樣本中發現，人類樹突的電生理特性不同於其他生物物種。這項研究揭示了電信號沿人類樹突行進時強度下降更快，從而導致更高程度的電生理分區，表明小區域的樹突可以相對獨立於同壹神經元的其他部分進行生理活動。
研究人員表示，這種差異可能是人腦的計算效率優於其他生物的壹個主要原因。
麻省理工學院大腦和認知科學研究所助理教授馬克·哈尼特(Mark Harnett)表達了自己的觀點:“人類聰明不僅僅是因為我們有更多的神經元和更大的皮層區域。從根本上說，神經元的行為是不同的。人類大腦中的神經元有更多的電生理分區，這些小單元相對更加獨立，這使得單個神經元的計算能力潛在增加。”
神經計算樹突就像計算機中的晶體管壹樣，用電信號進行簡單的運算，並接收其他神經元輸入的信息，傳遞給細胞體。如果刺激足夠大，神經元就會產生動作電位——壹種足以進壹步刺激其他神經元的電脈沖。就是這樣壹個龐大的神經元網絡，相互交流，導致了我們的思想和行為。
單個神經元的結構就像壹棵樹，從復雜的樹枝上接收信號，然後匯總，傳遞到遠處的細胞體。之前的研究表明，細胞體接收到的電信號的強度部分取決於沿途經過的樹突的長度，信號在傳輸過程中逐漸減弱，因此遠離細胞體傳輸的信號對細胞體的影響相對較弱。
人類大腦皮層中的樹突比其他物種如大鼠的樹突長得多，因為人類大腦皮層在進化過程中變得比其他物種厚得多。相對於大鼠大腦皮質體積的30%，人腦皮質體積占比高達75%。
人的大腦皮層雖然比大鼠厚2-3倍，但仍然保留了類似的組織結構，像大鼠大腦皮層壹樣由6層神經元組成。其中，V層的突觸可以到達I層，說明人腦發育過程中的相關樹突必須延伸到足夠的長度，電信號也必須傳輸到同樣的距離。
這個麻省理工團隊的研究目的是探索樹突長度如何影響其電生理特性。他們比較了癲癇患者前額葉和大鼠大腦樹突中腦組織的電活動。此外，為了探索患病的大腦區域，外科醫生必須從前顳葉移除壹小塊組織。
哈尼特說，在神經病理學技術的檢測下，前顳葉沒有受到癲癇的影響，組織正常。正常情況下，這個腦區確實參與了語言、視覺處理等功能的調節，但並不關鍵，即使患者已經切除了這個區域，它仍然可以正常行使相關功能。
在組織被切除後，研究人員將其像氧氣壹樣轉移到腦脊液中，這可以使組織存活48小時，這使研究人員有機會用電生理膜片鉗技術測量錐體神經元(皮層中最常見的興奮性神經元類型)樹突的電信號。
以上實驗主要是在Beaulieu-Laroche的領導下完成的。包括Harnett實驗室在內的許多實驗室都曾使用該技術研究嚙齒類動物樹突，但Harnett團隊是首次使用該技術檢測人類樹突的電生理特性。
具有獨特性質的研究人員發現，由於人類樹突跨越的距離很長，信號從皮層I層樹突傳到皮層V層細胞時的衰減程度遠遠大於大鼠皮層。
此外，人和大鼠樹突的離子通道數量相似(負責調節神經電流)，但由於人的樹突更長，樹突密度相應更低。Harnett的團隊還提出了壹個生物物理模型來解釋樹突密度的差異是人和小鼠樹突電生理活動差異的原因之壹。
霍華德·休斯醫學研究所Janelia研究所研究項目主任納爾遜·斯普魯斯頓(Nelson Spruston)形容這項研究是“壹項了不起的成就”。
“這是迄今為止對人類神經元生理特性最細致入微的研究。像這樣的研究，即使是對小白鼠，技術要求也非常高；能夠在人類身上取得這些成果，真的很神奇。”斯普魯斯頓說。
然而，我們還有壹個問題需要解決:這些差異是如何影響人類腦力的？Harnett的假設是，這些神經元之間的電生理差異使得更多區域的樹突對傳入信號施加影響，因此單個神經元可以完成更復雜的信息計算。
“對於壹小塊人類或老鼠的大腦皮層來說，人類的大腦結構可以比老鼠的大腦更快地完成更多的計算。”哈尼特解釋道。
他進壹步補充說，人類大腦神經元和其他物種的神經元之間存在許多其他差異，這使得分析突觸電生理特性的影響更加困難。未來，Harnett希望進壹步探索電生理特性的影響，以及它們如何與人類神經元的其他特征相互作用，以產生高效的計算能力。