神经元，构成我们大脑大部分的特殊细胞类型，是当今神经科学的中心。神经科学家将感知、记忆、认知甚至意识本身解释为数十亿微小神经元在我们大脑中忙碌地释放微小“尖峰”电压的产物。
这些充满活力的尖峰不仅将疼痛和其他感官信息传递到我们的意识中，而且理论上还可以解释我们复杂意识的每一个细节。
至少在原则上是这样。这种“神经代码”的细节尚未被解析出来。
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虽然神经科学家长期以来一直关注在脑细胞中传播的尖峰，但“突触外”场效应可能才是意识和认知的主要机制。 这些效应是由神经元产生的电场而非其突触放电引起的，可能在我们大脑的运作中发挥主导作用。
1943年，美国科学家首次描述了今天被称为神经代码或尖峰代码的东西。 他们详细阐述了如何利用神经放电的“全有或全无”性质完成逻辑运算——类似于今天的计算机的工作方式。 从那时起，世界各地的神经科学家都投入到一项庞大的事业中，以破解神经代码，从而了解认知和意识的具体细节——但收效甚微。
神经科学家马克·汉弗莱斯在2020年的The Spike（尖峰）一书中坦言：“我们在从你的眼睛到你的手的旅程中，最明显的鸿沟在于所有我们没有遇到的事物。” 这本书深入探讨了这段旅程：“所有关于心智的事物我都无法告诉你，因为我们对尖峰如何产生它们知之甚少。”
大脑研究人员长期以来承认，除了放电之外，神经元还可以通过多种其他方式进行交流，包括鲜为人知的机制，即突触外耦合。 这种耦合是由大脑中等和大尺度电磁 (EM) 场相互作用产生的，同时还有伴随突触尖峰（其本身是由一种高度局部化的电磁场活动引起的）的更小尺度场在纳米尺度上运作。
例如，视网膜神经元在没有任何神经放电的情况下运作。 这些细胞采用一种电扩散，即带电粒子在没有突触（神经元之间的连接点）的情况下扩散。 电扩散以非常快的速率和高带宽将信号传递到视神经。 没有这个我们就无法看到东西。
“突触外耦合”中的“突触外”仅仅意味着“接触”。 虽然鲜为人知，但突触外场效应是由教科书式的电磁相互作用产生的，这些相互作用为我们的细胞提供动力。 有趣的实验结果表明，这些相同的力在大脑中发挥的作用比人们怀疑的要大，甚至可能在意识中也发挥着更大的作用。
突触外场效应最初以一种重要的方式引起了我的注意，那是在2019年发表的一篇杰出论文中，该论文来自凯斯西储大学多米尼克·杜兰德的实验室。 该实验室证明，小鼠皮层在没有突触连接的情况下也受到影响——根据定义，是突触外场相互作用。 杜兰德团队在将小鼠海马切片切成两半后，测量了切片上下波动的电压电位，发现了这种非凡的效果。 即使在切片完全切断后，测量的电压也几乎没有变化，这表明突触外场具有很强的影响力。
他们发现，这种影响确实会在一定距离后减弱，正如我们所预期的那样。 一旦切开的切片间隔400微米或更远，突触外场效应就会基本消失。
同行评审员认为这些结果非常引人注目，以至于他们要求杜兰德实验室重复这些结果不止一次，而是两次，然后才批准发表该论文。 一位学者在该论文发表时表示，蒋和同事的发现“可能（并且非常字面地）使该领域电气化”。
另一个团队比较了突触外场效应在各种组织中的速度，发现突触外场在灰质中的传播速度比神经放电快约5000倍。
这意味着，正常的尖峰通路需要一秒钟才能穿过大脑，而突触外效应可以在同一时间间隔内穿过5000次。 如果我们将大脑体积立方化，我们会发现突触外场的潜在信息密度比突触放电高出惊人的1250亿倍。
对这一说法的一个关键警告是强调这仅仅是潜在的信息密度，而且并非一定能够实现这种潜力。 还需要进行更多的研究，以了解我们的大脑能够实现多少这种巨大的突触外潜力。
大量证据表明，突触放电对于移动、听觉、触觉和许多其他方面至关重要，但鉴于突触外场中更大的信息密度以及突触外场效应的普遍性，如果进化没有抓住这种效应来实现重要的脑功能，那将是非常奇怪的。 事实上，似乎她以各种方式抓住了它。
沃尔特·弗里曼，一位已故的传奇神经科学家，来自加州大学伯克利分校，他在2006年的一篇论文中指出，传统的突触放电速度无法解释他多年来在兔子和猫身上观察到的认知功能的速度。
相反，最近大量关于突触外效应的发现为解释这些速度提供了一种可靠的机制。 我们最近的理论论文建立在这些发现的基础上，提出突触外场效应实际上可能是意识和认知的主要机制，而不是神经放电。
另一篇最近的论文，作者包括加州大学洛杉矶分校的科斯塔斯·阿纳斯塔西奥和前加州理工学院神经科学家克里斯托夫·科赫，为突触外效应的重要性提供了强有力的支持。 他们发现，事实上，突触外耦合可以解释意识所需的“快速协调”，“即使在没有非常快速的突触的情况下”。
这篇单独的论文可能会将突触外场科学领域从神经科学的边缘推向最前沿。 其关于突触外场效应的速度和普遍性的发现可能预示着对认知和意识如何运作的全新理解。
这是一篇观点和分析文章，作者或作者表达的观点不一定代表《大众科学》的观点。