46、探秘皮层细胞：随机性、编码与时间精度

探秘皮层细胞：随机性、编码与时间精度

在神经科学领域，神经元的放电特性一直是研究的核心问题。其中，皮层细胞的放电行为尤为引人关注，因为它们在信息处理和传递中起着关键作用。本文将深入探讨皮层细胞的随机性、放电模式以及时间精度等方面的问题。

皮层细胞放电的随机性

在研究皮层细胞的放电特性时，我们首先面临的问题是其随机性的程度以及这种随机性与已知生物物理学特性的兼容性。在进行相关实验研究时，多数研究假设在观察期间，尖峰的统计特性不会发生显著变化。然而，这种平稳性很难通过实验验证，因此弱平稳过程的概念更为合理，即仅要求均值和协方差在时间平移下保持不变。

对于由生理刺激（如闪光条）引发的尖峰序列，由于单细胞和网络效应共同导致放电频率适应，非平稳性几乎是必然的。这在刺激后时间直方图中有所体现，该直方图通常并非平坦的。针对这种非平稳数据，有多种处理技术，例如只使用尖峰序列的适应部分，或者对局部速率 μ(t) 进行归一化。

以猫脊髓运动神经元对细胞内电流注入的反应研究为例，Calvin 和 Stevens 发现，在他们详细研究的五个细胞中，有两个细胞的尖峰时间抖动程度较低（Cy ≈ 0.05），这可以用噪声突触输入使体细胞电位充电直至达到阈值并触发尖峰来解释。这与在随机游走假设下，细胞像理想的积分 - 发放单元的行为预期相符。

那么，大脑皮层细胞的情况如何呢？它们的放电有多随机？这种高随机性对用于信息传输的神经编码又意味着什么呢？有证据表明，在某些条件下，皮层神经元的体细胞膜电位确实符合上述随机游走模型的预期，即整合大量小输入直至达到阈值。然而，这是否真的与它们的变异性相兼容呢？

此前对丘脑和皮层细胞放电变异性的实验研究主要集中在自发放