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正如缩小晶体管使计算机更强大一样,拥有更小组件的大脑原则上可以容纳更多能量并变得更快。然而,人类神经元——特别是它的长“尾巴”,称为轴突——可能已经达到(或接近)其物理极限。
轴突是神经系统的电报线,使神经元能够形成网络。当神经元放电时,它会沿着其轴突发送电信号,然后刺激其他神经元。信号通过打开嵌入细胞膜中的离子通道沿着轴突传播,允许离子通过。当足够的离子穿过通道时,它们会改变膜上的电压,这反过来又导致附近的通道打开,以多米诺骨牌效应传播信号。
原则上,我们的大脑可以进化出更细的轴突,这将节省空间,从而可以容纳更多的神经元和更多的轴突。更细的轴突也会消耗更少的能量。
然而,自然似乎已经使轴突变得几乎尽可能细:任何更细的轴突,通道的随机开放都会使轴突过于嘈杂,这意味着当神经元不应该放电时,它们会传递过多的信号。
问题在于离子通道不是精确可控的。相反,它们每秒随机打开和关闭多次。电信号只会改变它们打开的可能性。在典型的轴突中,离子通道的随机开放不会产生严重的后果,因为通道会在让过多离子进入之前再次关闭(第一个动画)。
然而,如果进化使轴突变得更细,则单个离子通道的开放通常会产生虚假信号,然后该信号将沿着轴突传播。过多的这种噪声会使神经元变得不可靠。
— Davide Castelvecchi