西班牙神经科学家圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔（Santiago Ramón y Cajal）首次观察到神经元，从而彻底改变了对大脑的研究。他一百多年前的研究揭示了包括人类在内的许多不同动物的神经细胞的复杂细节——根状树突附着在球状细胞体上，并从中延伸出细长的轴突。
卡哈尔的研究还揭示，（神经细胞通过它接收来自其他神经元的信号的）树突在人类中比在啮齿动物和其他动物，甚至其他非人灵长类动物中要长得多。本周发表在细胞（Cell）杂志上的一项新研究表明，在人类中，这些天线状的突起也具有独特的电特性，这可能有助于解释大脑如何处理到达的信息。
自卡哈尔最初的观察以来，科学家们一直在仔细研究树突。麻省理工学院的神经科学家马克·哈内特（Mark Harnett）说：“我们对人类树突的唯一了解就是它们的解剖结构。” “由于人类树突的长度，它们很可能在做一些不同的事情，但据我所知，没有关于它们实际电特性的已发表的研究。”
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因此，哈内特和他的同事着手研究树突的长度是否会影响通过它们传输的电信号。在马萨诸塞州总医院的神经学家悉尼·卡什（Sydney Cash）的帮助下，他们获得了从癫痫患者身上切除的脑组织，这些患者正在接受常规手术以缓解癫痫发作——在这种手术中，医生通常会切除颞叶皮质的一部分以到达海马体，海马体是大脑深处癫痫发作通常发生的结构。研究小组一旦获得切除的组织，他们便迅速将其运回实验室，在那里他们对样本进行切片和测试。由于人类组织只能存活几天，因此实验通常会连续进行 48 小时。“我们会轮班工作，然后回家睡觉，然后回来继续记录，”哈内特说。
哈内特的团队总共检查了来自 9 名患者和 30 只大鼠的脑切片。为了研究这些样本中神经元的电特性，研究人员使用了膜片钳记录技术，该技术涉及将小的玻璃针头连接到神经细胞上以测量它们的活动。这些探针揭示，尽管人类和啮齿动物的树突具有基本特征，例如产生动作电位的能力，但这两个物种之间存在一些关键差异。当研究人员将电流注入神经元的树突时，他们发现人类细胞中的活动到达胞体（细胞体）的程度远低于啮齿动物的胞体。“这立即表明[信号传导]在[人类树突]中更加分隔，”哈内特说。“这意味着在树突中发生的任何局部处理都可以独立于胞体中发生的事情而发生。”
哈内特将这些树突隔室与锁中的滚珠进行比较：随着锁变得更加复杂，滚珠的数量也会增加，您需要更复杂的钥匙才能打开它。以类似的方式，人类树突可能需要非常特定的信号才能强烈影响胞体。最终，人类树突的特性可能会使神经元比啮齿动物的神经元具有更多的计算能力。由于在老鼠中信号更容易从细胞的一端传输到另一端，这表明在这些动物的树突中电信号的处理较少分隔，哈内特指出。
伦敦大学学院的神经科学家迈克尔·豪瑟（Michael Hausser）没有参与这项工作，他说这项新研究支持了数十年来对动物（主要是啮齿动物）的研究，这些研究表明树突可以以这种方式分离信号。他说，基于这些观察结果，科学家们预计人类神经元的树突比其他许多动物的树突具有更大程度的分隔，因为它们更长。随后的计算模型工作表明，在树突内拥有更多独立的处理隔室可以在单个细胞内提供更大的计算能力。
尽管如此，树突进行的实际计算以及与这些神经元分支活动相关的行为仍然不清楚。但科学家们有一些想法：豪瑟说，一种可能性是树突内的电活动可以检测到单独信号的同时发生——例如，关于玫瑰气味和形状的传入信息。除了识别神经元的不同输入外，树突还可以参与将这些信息绑定在一起并存储它。
当然，这些想法尚未通过实验进行测试。但豪瑟说，哈内特的研究“代表了探索我们自身树突新时代的第一步。”“这对于了解人脑如何运作至关重要。”
马德里卡哈尔研究所的神经科学家哈维尔·德菲利佩（Javier DeFelipe）没有参与这项工作，他说这项研究指出了研究人体组织的重要性。许多神经科学研究都依赖于啮齿动物的研究，但动物的大脑在几个方面与人类不同。这项工作表明，除了大小差异外，人类器官的功能方式也存在差异。“我们的大脑不是更大的小鼠大脑，”德菲利佩说。