我们的大脑里有几百亿个神经元。一百多年前科学家卡哈尔等人发现：神经元是大脑最基本的结构和功能单位，这就是神经元学说，是现代神经科学的基石。但有个难题一直没完全解开：这些神经细胞到底怎么处理信息，才让我们能灵活思考、随机应变？过去在实验室切片样本里，人们就发现神经元上面像树枝一样的结构——树突不是被动接收信号的“电线”，它本身就能加工信息。可是，树突这种信息处理能力，在我们做复杂思考、灵活选择的时候到底起什么作用，一直找不到实打实的直接证据。

北京时间10月16日凌晨，国际学术期刊《科学》（Science）在线发表了中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、脑认知与类脑智能全国重点实验室徐宁龙研究团队的最新研究成果。团队发现了大脑皮层神经元树突计算参与灵活决策中的认知计算过程，填补了树突计算与高级认知功能之间长期缺乏直接证据的空白。

（图为小鼠听觉皮层第五层椎体神经元，表达了绿色的GCaMP6s蛋白，从左到右为单个）

研究人员表示，过去大家通常把神经元理解为一个简单的“点”，简单说就是，四面八方来的信号全部加在一起，总和够大，神经元就放电发信号；不够就不发。这就是点状神经元模型。这个简化模型很好用，做电脑模拟、人工神经网络都方便。但它有很大缺陷：我们的高级思考，比如灵活做决策，需要同时考虑环境、规则、过去的经验，随时改变判断标准。这种复杂、非线性的信息转换，只靠“简单加一加”的点状神经元很难解释。

再者，神经元本身长得根本不是一个点。大脑皮层里主要的神经细胞（锥体神经元），长着大量分叉、像树枝一样的树突。早在1951年，我国神经科学家张香桐先生就率先提出：神经元最顶端的那支大树突（顶端树突）是有电活性的，可以汇总整合很多突触传来的信号。后面几十年的实验，也不断证实树突这个精细结构能在同一个神经元内部把来自不同渠道的信息合并处理。

但问题卡在：树突的信息加工能不能直接参与高级认知、灵活思考？一直没有直接实验证据。

徐宁龙团队成果的突破点在于，第一次拿到直接证据，证明树突计算真的参与灵活决策。团队通过训练小鼠完成一个需要随时换规则的声音判断任务。小鼠要听声音，判断音调高低。但是判断标准会毫无预兆地突然改变。小鼠不能死记硬背，只能靠每次有没有得到奖励，猜出现在的新规则，再结合听到的声音，做出正确选择。科学家用双光子显微镜，可以看清细胞内部不同位置的活动，同时记录同一个神经元两处：顶端树突和神经元的主体（胞体）。还用刚刚斩获诺奖的光遗传学技术，单独抑制树突的活动，看会发生什么变化。

（左：徐宁龙 右：张园）

实验结果很有意思：同一个神经细胞内部，分工不一样！科学家发现，顶端树突主要负责记录小鼠猜出来的抽象规则（比如“现在高音才是正确”），胞体（神经元主体）更多记录听到了什么样的声音这类感官信息。最后用来决定怎么行动的信号，树突和胞体里都有。如果用光遗传技术把树突的活动关掉，胞体里代表“选择、决策”的信号就明显变弱。这就直接证明：树突的活动参与了神经元最后的决策计算。

由此，这一研究成果表明，一个神经元内部可以分成不同“小隔间”（亚细胞区室）。树突这个独立隔间，能单独编码抽象规则。在同一个细胞里面，树突携带的规则信息，和胞体携带的感官信息，发生复杂的非线性运算，最后生成决策信号，指挥行为。 

这一发现刷新了人类对认知功能神经机制的认识，开创了新的研究思路。同时还能启发人工智能：现在AI的人工节点大多还是类似“点状神经元”。未来可以模仿神经元树突多分区计算的原理，设计出更聪明、更能灵活应变的AI。

来源 上海广播电台记者李雪梅 2026年10月16日

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