16、神经元活动的时空特性：从单一到群体编码的奥秘

神经元活动的时空特性：从单一到群体编码的奥秘

大脑的主要功能涉及神经系统中的信息处理和传输。传统上，关于这一问题的知识主要基于对单个神经元活动和信号处理机制的理解而积累。然而，实际上，中枢神经系统的功能是基于单个单元之间相互作用产生的整体行为来组织的，单个神经元之间的连接会根据环境条件而变化。

单一神经元编码的局限性

单个神经元在一定时间内的放电计数或放电序列的时间结构都包含有关输入刺激的有用信息。但这些指标通常用于描述单个神经元的活动特性。尽管长期以来，单个神经元被认为是信息处理的独立单元，即从单个神经元观察到的活动可以为神经信息编码和处理提供见解，但这种假设存在许多缺陷。
- 刺激数量与神经元数量的不匹配 ：环境刺激事件的数量远远超过大脑中神经元的总数，这对单个神经元活动能够精确编码刺激信息的可能性提出了挑战。
- 脑损伤后的功能恢复 ：当大脑部分受损时，其功能可以在剩余部分恢复，这种脑功能的恢复很难用单个神经元编码理论来解释。

此外，许多证据表明，在响应环境刺激时，神经元的活动不仅取决于刺激输入，还在很大程度上与回路中其他神经元的活动有关。实际上，与单个神经元的活动相比，群体神经元活动的时空模式通常携带更多信息，并且能更准确地反映刺激特性。

群体神经元活动的重要性

神经元回路中丰富的树突结构允许突触后神经元从其突触前神经元接收多个输入，并对整合的输入信号做出响应。由于突触的空间分布和突触过程的非线性，相邻突触之间存在强烈的相互作用，这使得当树突输入同步时可以产生协同作用。因此，突触前神经元活动的空间相关性对突触后神经元至关重要，因为与独