西班牙神經科學家聖地亞哥·拉蒙·卡哈爾（Santiago Ramón y Cajal）首次觀察到神經元，從而徹底改變了對大腦的研究。他一百多年前的研究揭示了包括人類在內的許多不同動物的神經細胞的複雜細節——根狀樹突附著在球狀細胞體上，並從中延伸出細長的軸突。
卡哈爾的研究還揭示，（神經細胞透過它接收來自其他神經元的訊號的）樹突在人類中比在齧齒動物和其他動物，甚至其他非人靈長類動物中要長得多。本週發表在細胞（Cell）雜誌上的一項新研究表明，在人類中，這些天線狀的突起也具有獨特的電特性，這可能有助於解釋大腦如何處理到達的資訊。
自卡哈爾最初的觀察以來，科學家們一直在仔細研究樹突。麻省理工學院的神經科學家馬克·哈內特（Mark Harnett）說：“我們對人類樹突的唯一瞭解就是它們的解剖結構。” “由於人類樹突的長度，它們很可能在做一些不同的事情，但據我所知，沒有關於它們實際電特性的已發表的研究。”
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因此，哈內特和他的同事著手研究樹突的長度是否會影響透過它們傳輸的電訊號。在馬薩諸塞州總醫院的神經學家悉尼·卡什（Sydney Cash）的幫助下，他們獲得了從癲癇患者身上切除的腦組織，這些患者正在接受常規手術以緩解癲癇發作——在這種手術中，醫生通常會切除顳葉皮質的一部分以到達海馬體，海馬體是大腦深處癲癇發作通常發生的結構。研究小組一旦獲得切除的組織，他們便迅速將其運回實驗室，在那裡他們對樣本進行切片和測試。由於人類組織只能存活幾天，因此實驗通常會連續進行 48 小時。“我們會輪班工作，然後回家睡覺，然後回來繼續記錄，”哈內特說。
哈內特的團隊總共檢查了來自 9 名患者和 30 只大鼠的腦切片。為了研究這些樣本中神經元的電特性，研究人員使用了膜片鉗記錄技術，該技術涉及將小的玻璃針頭連線到神經細胞上以測量它們的活動。這些探針揭示，儘管人類和齧齒動物的樹突具有基本特徵，例如產生動作電位的能力，但這兩個物種之間存在一些關鍵差異。當研究人員將電流注入神經元的樹突時，他們發現人類細胞中的活動到達胞體（細胞體）的程度遠低於齧齒動物的胞體。“這立即表明[訊號傳導]在[人類樹突]中更加分隔，”哈內特說。“這意味著在樹突中發生的任何區域性處理都可以獨立於胞體中發生的事情而發生。”
哈內特將這些樹突隔室與鎖中的滾珠進行比較：隨著鎖變得更加複雜，滾珠的數量也會增加，您需要更復雜的鑰匙才能開啟它。以類似的方式，人類樹突可能需要非常特定的訊號才能強烈影響胞體。最終，人類樹突的特性可能會使神經元比齧齒動物的神經元具有更多的計算能力。由於在老鼠中訊號更容易從細胞的一端傳輸到另一端，這表明在這些動物的樹突中電訊號的處理較少分隔，哈內特指出。
倫敦大學學院的神經科學家邁克爾·豪瑟（Michael Hausser）沒有參與這項工作，他說這項新研究支援了數十年來對動物（主要是齧齒動物）的研究，這些研究表明樹突可以以這種方式分離訊號。他說，基於這些觀察結果，科學家們預計人類神經元的樹突比其他許多動物的樹突具有更大程度的分隔，因為它們更長。隨後的計算模型工作表明，在樹突內擁有更多獨立的處理隔室可以在單個細胞內提供更大的計算能力。
儘管如此，樹突進行的實際計算以及與這些神經元分支活動相關的行為仍然不清楚。但科學家們有一些想法：豪瑟說，一種可能性是樹突內的電活動可以檢測到單獨訊號的同時發生——例如，關於玫瑰氣味和形狀的傳入資訊。除了識別神經元的不同輸入外，樹突還可以參與將這些資訊繫結在一起並存儲它。
當然，這些想法尚未透過實驗進行測試。但豪瑟說，哈內特的研究“代表了探索我們自身樹突新時代的第一步。”“這對於瞭解人腦如何運作至關重要。”
馬德里卡哈爾研究所的神經科學家哈維爾·德菲利佩（Javier DeFelipe）沒有參與這項工作，他說這項研究指出了研究人體組織的重要性。許多神經科學研究都依賴於齧齒動物的研究，但動物的大腦在幾個方面與人類不同。這項工作表明，除了大小差異外，人類器官的功能方式也存在差異。“我們的大腦不是更大的小鼠大腦，”德菲利佩說。