於⼈類⽪質神經元發現特殊的樹突 動作電位
簡介
在極早期對神經元的認知、簡化的神經元模型、⽤於⼈⼯神經網路中的神經元單體，神經元常被視為簡單的「加總器」，彙總上游傳遞的刺激，超過閾值後產⽣動作電位。直到越來越多研究累積，才證實樹突(dendrite)也具有獨⽴運算的功能，⽽不只是被動傳輸接收到的訊息⽽已。除此之外，此次來⾃德國和希臘的科學家，在⼈腦⽪質第2和第3層錐狀神經元AL2/3 pyramidal neuron)的樹突上，發現⼀種不同以往的動作電位，稱作樹突鈣離⼦動作電位(dendritic Ca2+ action potentials, dCaAPs)，此類動作電位⼀樣在超過閾值後產⽣，但強度會隨著刺激增加⽽減弱，研究成果發表在Science期刊。
dCaAPs⾮典型的特性
研究團隊取得癲癇與腫瘤病患⼿術後的⼤腦切⽚，並以此來測量⼈腦⽪質第2/3層錐狀神經元之電⽣理特性。分別將電極置於頂樹突(apical dendrite, Fig. 1. 左上)和細胞本體(soma, Fig. 1. 左下)，並⼀次次注⼊更強的電流。結果顯⽰，dCaAPs的強度隨著給予的電流增加⽽減弱AFig. 1. 右上，顏⾊由淺⽽深表⽰注⼊的電流從⼩⾄⼤)。相較之下，細胞本體的動作電位具我們熟知的典型特徵，強度不隨電流增加⽽變化(Fig. 1. 右下)。
結合動作電位需要超過閾值才會產⽣的特性，dCaAPs對於輸⼊刺激的⼤⼩具有良好的選擇性：刺激需⼤於閾值，⼜不能過強，才可使dCaAPs有最佳化的輸出。
邏輯閘-XOR
邏輯閘(logic gate)是電路中最基本的組成單元，最常⾒的應屬AND和OR，Fig. 2. 為上述⼆者及XOR的真值表。XOR要輸出為「真」的條件是，只有X或Y其中⼀者為真，由此可知，XOR的應⽤之⼀即為偵測差異的存在，筆者⾃⼰喜歡的⼀個例⼦是「⼤家來找碴」，在這個遊戲中，只有左圖和右圖具有不同之處，才會被圈選出，類似於XOR的功能。
回到神經科學，⼀般認為神經元的閾值扮演的是AND/OR的⻆⾊，若為AND，則神經可能需要多個輸⼊，才能產⽣動作電位；若為OR，則只要有輸⼊就會產⽣動作電位。⽽dCaAPs則可當作XOR，需要有上游刺激，且不可同時有多個刺激，下游才能產⽣輸出。
結語
在⼈⼯神經網路領域，單顆神經元僅能達成AND/OR的運算，XOR則需要多顆神經，或說神經網路才能達成。⽽⼈類的單顆神經元就能達成此任務，顯⾒我們的⼤腦可能以更有效率的⼿段來擷取資訊，也代表著神經科學領域仍充滿許多謎團等著我們去探索。
撰稿：⿈宣霈 H. P. Huang
原始論⽂：
A. Gidon et al., Dendritic action potentials and computation in human layer 2/3
cortical neurons. Science. 367, 83
在極早期對神經元的認知、簡化的神經元模型、⽤於⼈⼯神經網路中的神經元單體，神經元常被視為簡單的「加總器」，彙總上游傳遞的刺激，超過閾值後產⽣動作電位。直到越來越多研究累積，才證實樹突(dendrite)也具有獨⽴運算的功能，⽽不只是被動傳輸接收到的訊息⽽已。除此之外，此次來⾃德國和希臘的科學家，在⼈腦⽪質第2和第3層錐狀神經元AL2/3 pyramidal neuron)的樹突上，發現⼀種不同以往的動作電位，稱作樹突鈣離⼦動作電位(dendritic Ca2+ action potentials, dCaAPs)，此類動作電位⼀樣在超過閾值後產⽣，但強度會隨著刺激增加⽽減弱，研究成果發表在Science期刊。
dCaAPs⾮典型的特性
研究團隊取得癲癇與腫瘤病患⼿術後的⼤腦切⽚，並以此來測量⼈腦⽪質第2/3層錐狀神經元之電⽣理特性。分別將電極置於頂樹突(apical dendrite, Fig. 1. 左上)和細胞本體(soma, Fig. 1. 左下)，並⼀次次注⼊更強的電流。結果顯⽰，dCaAPs的強度隨著給予的電流增加⽽減弱AFig. 1. 右上，顏⾊由淺⽽深表⽰注⼊的電流從⼩⾄⼤)。相較之下，細胞本體的動作電位具我們熟知的典型特徵，強度不隨電流增加⽽變化(Fig. 1. 右下)。
結合動作電位需要超過閾值才會產⽣的特性，dCaAPs對於輸⼊刺激的⼤⼩具有良好的選擇性：刺激需⼤於閾值，⼜不能過強，才可使dCaAPs有最佳化的輸出。
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| Fig. 1. dCaAPs動作電位特性 (原論⽂Fig. 2. (D) & (G)) |
邏輯閘-XOR
邏輯閘(logic gate)是電路中最基本的組成單元，最常⾒的應屬AND和OR，Fig. 2. 為上述⼆者及XOR的真值表。XOR要輸出為「真」的條件是，只有X或Y其中⼀者為真，由此可知，XOR的應⽤之⼀即為偵測差異的存在，筆者⾃⼰喜歡的⼀個例⼦是「⼤家來找碴」，在這個遊戲中，只有左圖和右圖具有不同之處，才會被圈選出，類似於XOR的功能。
回到神經科學，⼀般認為神經元的閾值扮演的是AND/OR的⻆⾊，若為AND，則神經可能需要多個輸⼊，才能產⽣動作電位；若為OR，則只要有輸⼊就會產⽣動作電位。⽽dCaAPs則可當作XOR，需要有上游刺激，且不可同時有多個刺激，下游才能產⽣輸出。
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| Fig. 2. AND、OR、XOR 真值表 |
結語
在⼈⼯神經網路領域，單顆神經元僅能達成AND/OR的運算，XOR則需要多顆神經，或說神經網路才能達成。⽽⼈類的單顆神經元就能達成此任務，顯⾒我們的⼤腦可能以更有效率的⼿段來擷取資訊，也代表著神經科學領域仍充滿許多謎團等著我們去探索。
撰稿：⿈宣霈 H. P. Huang
原始論⽂：
A. Gidon et al., Dendritic action potentials and computation in human layer 2/3
cortical neurons. Science. 367, 83
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