当我们深处异地他乡时，难免要学会几句方言或者外语才能够和当地的人进行交流。好在语言不通时，我们可以通过手势，或者图画来表明意思。但是，如果我们进入了大脑，如何跟这里的主人---神经元（neuron）进行交流呢？他们虽然就位于我们每个人的大脑中，但却好似来自遥远的世界，用我们听不懂的语言相互交流。那么，我们能够听懂神经元发出的信号吗，如何跟这些神经元进行交流呢？这似乎是个难题。 

　　图1 大脑中的神经元，不同颜色标记不同的神经元(周立 摄) 

　　科学家们常称自己为探险者，因为他们总在探索世界上的未知。他们也是挑战者，总想解决那些看似不能解决的问题。带着这些身份，他们进入了大脑这片神秘之地，试图解决如何跟神经元对话的难题。这次他们充当了翻译者，将来自神经元的信号翻译成我们能够听得懂的语言。 

　　人类通过声音来进行交流，而神经元则是通过一种叫做“动作电位”（action potential）的电信号来进行交流的。神经元的动作电位就是由多种离子通道电流（ion channel current）构成的。离子通道是神经元细胞膜上的组成成分。成千上万个离子通道开放和关闭，产生了无数微小的通道电流，这些通道电流会在某一时刻集中爆发，进而形成动作电位。每个神经元都会伸出很多根长长的突起（包括：树突(dendrite)接受输入信号，轴突（axon）发出输出信号，不同神经元的轴突与树突之间通过突触（synapse）来建立联系。它们手拉手形成一个复杂的网络来传递动作电位这一电信号。 

　　图2 视网膜中的一个神经元，动作电位在轴突和树突间传递（王飞 摄） 

　　我们可以用电流计来测试电路中的电流，所以我们也想着用它来读取神经元中的电信号。这种通过记录生物体电信号来研究生物功能的技术，称为电生理（electrophysiology）技术。但是，神经元实在太小了，他发出呐喊的声音也太微弱了,我们用普通的电流计根本听不到他们的声音。或许，当神经元们来个大合唱的时候，我们可以听到点他们的旋律吧。科学家当然也想到了这点，所以他们制作了合适的电极来记录神经元群体的反应。脑电图（EEG）就是在脑袋头皮上安装很多根金属电极，这些电极可以将脑中多个神经元的电信号汇总在一起，呈现给人类。通过脑电图，我们可以粗略知道大脑中神经元们的呼声。进而为我们诊断脑部疾病，判断大脑的活动状态提供依据。 

　　图3 脑电图装置和记录到的脑电波（王立平 摄）  

　　但是，这还不足以让我们和神经元进行更为深入的交流；因为，我们听到的只是神经元们的大合唱，我们还是没法知道每个神经元在说些什么。 

　　为了将麦克风交到每个神经元的手上，科学家们进行了无数实验。最终，他们通过将一根细长的金属电极插入动物脑中，实现了对一小群神经元的聆听，这就是胞外记录（extracelluar recording），一种在细胞外记录群体神经元反应的记录方法。通过这种方法，神经元发放的动作电位能被电极和与电极相连的放大器记录下来。就如每个人都会有自己的语调一样，每个神经元也有自己独特的动作电位。通过分析动作电位不同的形状，我们就可以区分出不同神经元发出的不同声音了。有些神经元是寡言的智者，他们只在关键的时刻，发表自己决定性的意见。而有一些神经元，像是滔滔不绝的歌唱者，他们总是在发放着动作电位，为气氛的衬托贡献着自己的力量。 

　　图4 胞外电极记录到神经元发出的动作电位（王飞 绘制） 

　　当然，想要听清楚每个语音的发声，我们必须十分靠近神经元，而且不能受到其他神经元说话的影响。膜片钳（patch clamp）技术就是一种能够记录单个神经元离子通道电流的电生理技术。这次科学家们发明了一种能够紧紧抓住神经元的玻璃微电极（glass microelectrode）。当玻璃微电极靠近神经元的时候，我们轻轻地在玻璃电极中吸一口气，神经元就会被玻璃电极的尖端紧紧地吸住了。这样我们不仅能够通过电极来记录这个神经元的声音，而且还能够通过改变电压来控制神经元说话的语调，进而让神经元说出某个短语。这样我们就记录到了某种离子通道的电流。 

　　经过科学家们数百年的不懈努力，我们已经能够初步了解神经元之间沟通的基本方式；现在，科学家们不仅能知道神经元在说些什么，他们甚至能够分析神经元语言中的单词、短语了。为何我们要对神经元的语言进行如此细致的研究呢？因为只有知道了一种语言的基本构成，我们才能模仿他们说话，才能更为深入的了解他们的意思。但是，当面对我们大脑中数亿个神经元发出的千奇百怪的声音时，我们还是一脸的茫然。 

　　大脑中每一个神经元都是一个小小的精灵，他在神经元的社会中扮演着不同的角色。我们试图通过聆听他们的对话来弄清楚每个神经元的功能，但是他们的语言似乎太深奥难懂了，而我们跟他们对话的方式也太浅显了。至今为止，我们还是不能够很流利的跟神经元进行对话，询问他关于大脑的奥秘。 

　　看来，科学家们不仅要成为一个翻译者，还要成为一个破解密码的特工了。如何将神经元产生的动作电位中包含的信息读取出来，如何将这些信息和神经元的功能联系起来，成为了科学家下一个急需解决的难题。我们相信：在不久的将来，随着技术的发展，我们将可以和神经元进行更加面对面的交谈。 

　　（核稿：王佐仁、李澄宇） 

　　参考文献 

1. 　　Stephen J Smith（2007）. Circuit Reconstruction Tools Today. Curr Opin Neurobiol. 17(5): 601–608.  

2. 　　Jean Livet, Tamily A.Weissman, Hyuno Kang,Ryan W.Draft， Ju Lu, Robyn A.Bennis, Joshua R.Sanes and Jeff W.Lichtman.(2007).Transgenic strategies for combinatorial expression of fluorescent proteins in the nervous system,Nature.450(1):51-62. 

3. 　　http://www.psychologie.uzh.ch/en/fachrichtungen/plasti/Labor.html 

4. 　　http://newton.umsl.edu/tsytsarev_files/Lecture02.htm 

5. 　　Alix Tiran-Cappello.(2012) The role of retinal direction-selective ganglion cells for the transmission of visual signals.  BioSciences Master Reviews. 

6. 　　Kai Li,Qiang Jiang, Xue Bai, Yi Feng Yang, Mei Yu Ruan and Shi Qing Cai(2017).Tetrameric Assembly of K+ Channels Requires ER-Located Chaperone Proteins.Molecular Cell,65,52-65 

7. 　　Li Qun Luo, Principles of neurobiology.2016.Garland Science.