神經元，構成我們大腦大部分的特殊細胞型別，是當今神經科學的中心。神經科學家將感知、記憶、認知甚至意識本身解釋為數十億微小神經元在我們大腦中忙碌地釋放微小“尖峰”電壓的產物。
這些充滿活力的尖峰不僅將疼痛和其他感官資訊傳遞到我們的意識中，而且理論上還可以解釋我們複雜意識的每一個細節。
至少在原則上是這樣。這種“神經程式碼”的細節尚未被解析出來。
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雖然神經科學家長期以來一直關注在腦細胞中傳播的尖峰，但“突觸外”場效應可能才是意識和認知的主要機制。 這些效應是由神經元產生的電場而非其突觸放電引起的，可能在我們大腦的運作中發揮主導作用。
1943年，美國科學家首次描述了今天被稱為神經程式碼或尖峰程式碼的東西。 他們詳細闡述瞭如何利用神經放電的“全有或全無”性質完成邏輯運算——類似於今天的計算機的工作方式。 從那時起，世界各地的神經科學家都投入到一項龐大的事業中，以破解神經程式碼，從而瞭解認知和意識的具體細節——但收效甚微。
神經科學家馬克·漢弗萊斯在2020年的The Spike（尖峰）一書中坦言：“我們在從你的眼睛到你的手的旅程中，最明顯的鴻溝在於所有我們沒有遇到的事物。” 這本書深入探討了這段旅程：“所有關於心智的事物我都無法告訴你，因為我們對尖峰如何產生它們知之甚少。”
大腦研究人員長期以來承認，除了放電之外，神經元還可以透過多種其他方式進行交流，包括鮮為人知的機制，即突觸外耦合。 這種耦合是由大腦中等和大尺度電磁 (EM) 場相互作用產生的，同時還有伴隨突觸尖峰（其本身是由一種高度區域性化的電磁場活動引起的）的更小尺度場在奈米尺度上運作。
例如，視網膜神經元在沒有任何神經放電的情況下運作。 這些細胞採用一種電擴散，即帶電粒子在沒有突觸（神經元之間的連線點）的情況下擴散。 電擴散以非常快的速率和高頻寬將訊號傳遞到視神經。 沒有這個我們就無法看到東西。
“突觸外耦合”中的“突觸外”僅僅意味著“接觸”。 雖然鮮為人知，但突觸外場效應是由教科書式的電磁相互作用產生的，這些相互作用為我們的細胞提供動力。 有趣的實驗結果表明，這些相同的力在大腦中發揮的作用比人們懷疑的要大，甚至可能在意識中也發揮著更大的作用。
突觸外場效應最初以一種重要的方式引起了我的注意，那是在2019年發表的一篇傑出論文中，該論文來自凱斯西儲大學多米尼克·杜蘭德的實驗室。 該實驗室證明，小鼠皮層在沒有突觸連線的情況下也受到影響——根據定義，是突觸外場相互作用。 杜蘭德團隊在將小鼠海馬切片切成兩半後，測量了切片上下波動的電壓電位，發現了這種非凡的效果。 即使在切片完全切斷後，測量的電壓也幾乎沒有變化，這表明突觸外場具有很強的影響力。
他們發現，這種影響確實會在一定距離後減弱，正如我們所預期的那樣。 一旦切開的切片間隔400微米或更遠，突觸外場效應就會基本消失。
同行評審員認為這些結果非常引人注目，以至於他們要求杜蘭德實驗室重複這些結果不止一次，而是兩次，然後才批准發表該論文。 一位學者在該論文發表時表示，蔣和同事的發現“可能（並且非常字面地）使該領域電氣化”。
另一個團隊比較了突觸外場效應在各種組織中的速度，發現突觸外場在灰質中的傳播速度比神經放電快約5000倍。
這意味著，正常的尖峰通路需要一秒鐘才能穿過大腦，而突觸外效應可以在同一時間間隔內穿過5000次。 如果我們將大腦體積立方化，我們會發現突觸外場的潛在資訊密度比突觸放電高出驚人的1250億倍。
對這一說法的一個關鍵警告是強調這僅僅是潛在的資訊密度，而且並非一定能夠實現這種潛力。 還需要進行更多的研究，以瞭解我們的大腦能夠實現多少這種巨大的突觸外潛力。
大量證據表明，突觸放電對於移動、聽覺、觸覺和許多其他方面至關重要，但鑑於突觸外場中更大的資訊密度以及突觸外場效應的普遍性，如果進化沒有抓住這種效應來實現重要的腦功能，那將是非常奇怪的。 事實上，似乎她以各種方式抓住了它。
沃爾特·弗里曼，一位已故的傳奇神經科學家，來自加州大學伯克利分校，他在2006年的一篇論文中指出，傳統的突觸放電速度無法解釋他多年來在兔子和貓身上觀察到的認知功能的速度。
相反，最近大量關於突觸外效應的發現為解釋這些速度提供了一種可靠的機制。 我們最近的理論論文建立在這些發現的基礎上，提出突觸外場效應實際上可能是意識和認知的主要機制，而不是神經放電。
另一篇最近的論文，作者包括加州大學洛杉磯分校的科斯塔斯·阿納斯塔西奧和前加州理工學院神經科學家克里斯托夫·科赫，為突觸外效應的重要性提供了強有力的支援。 他們發現，事實上，突觸外耦合可以解釋意識所需的“快速協調”，“即使在沒有非常快速的突觸的情況下”。
這篇單獨的論文可能會將突觸外場科學領域從神經科學的邊緣推向最前沿。 其關於突觸外場效應的速度和普遍性的發現可能預示著對認知和意識如何運作的全新理解。
這是一篇觀點和分析文章，作者或作者表達的觀點不一定代表《大眾科學》的觀點。