腦電波充當信息的載體。最近提出的“細胞電耦合”假說表明，這些波動的電場有助於優化大腦網絡的效率和魯棒性。他們通過影響大腦分子框架的物理配置來做到這一點。為了執行包括思維在內的多方面功能，大腦在不同層面上運作。諸如目標或視覺效果之類的信息是通過神經元網絡之間的同步電活動來描述的。同時，每個神經元內部和周圍的蛋白質和其他生化物質的組合在物理上執行參與這些網絡所需的機制。

麻省理工學院、倫敦城市大學和約翰·霍普金斯大學的研究人員發表的一篇新論文認為，網絡的電場會影響神經元亞細胞成分的物理配置，以優化網絡的穩定性和效率，作者將這一假設稱為“細胞電” 耦合。”

Earl K. Miller 就他最近在Picower 學習與記憶研究所的工作發表了演講。圖片來源：麻省理工學院Picower 研究所

“大腦正在處理的信息在將網絡微調到分子水平方面發揮著作用，”麻省理工學院皮考爾學習與記憶研究所的皮考爾教授厄爾·K·米勒（Earl K. Miller）說，他是《進步》雜誌上這篇論文的合著者。與麻省理工學院和倫敦城市大學的Dimitris Pinotsis 副教授以及約翰·霍普金斯大學的Gene Fridman 教授一起獲得神經生物學博士學位。

“大腦會適應不斷變化的世界，”皮諾西斯說。“它的蛋白質和分子也會發生變化。 它們可能帶有電荷，需要跟上使用電信號處理、存儲和傳輸信息的神經元。 與神經元電場的相互作用似乎是必要的。”

米勒實驗室的一個主要重點是研究工作記憶等高級認知功能如何快速、靈活且可靠地從數百萬個單個神經元的活動中產生。神經元能夠通過創建和刪除稱為突觸的連接以及加強或削弱這些連接來動態形成電路。但是，米勒說，這僅僅形成了信息可以流動的“路線圖”。

米勒發現，共同代表一種或另一種想法的特定神經迴路是通過有節奏的活動來協調的，更通俗地稱為不同頻率的“腦電波”。

快速的“伽瑪”波有助於傳輸我們視覺中的圖像（例如鬆餅），而較慢的“貝塔”波可能會承載我們對該圖像的更深入的思考（例如“太多卡路里”）。米勒的實驗室表明，在適當的時機，這些波的爆發可以攜帶預測，從而能夠在工作記憶中寫入、保留和讀出信息。

當工作記憶崩潰時，它們也會崩潰。該實驗室報告的證據表明，大腦可能會明顯地操縱特定物理位置的節律，以進一步組織神經元以實現靈活的認知，這一概念稱為“空間計算”。

該實驗室最近的其他工作表明，雖然網絡中單個神經元的參與可能是變化無常且不可靠的，但它們所屬的網絡攜帶的信息穩定地由它們的集體活動產生的整體電場表示。

在這項新研究中，作者將這種協調神經網絡的節律性電活動模型與電場可以在分子水平上影響神經元的其他證據結合起來。

例如，研究人員研究了突觸耦合，其中神經元通過膜的接近程度影響彼此的電特性，而不是僅僅依賴於突觸之間的電化學交換。這種電串擾會影響神經功能，包括它們何時以及是否將電信號傳遞給電路中的其他神經元。

米勒、皮諾西斯和弗里德曼還引用了研究，顯示電對細胞及其成分的其他影響，包括神經發育如何由場引導以及微管可以通過它們排列。

如果大腦在電場中攜帶信息，並且這些電場能夠配置神經元和大腦中形成網絡的其他元素，那麼大腦很可能會使用這種能力。作者表示，大腦可以利用場來確保網絡發揮其應有的作用。

用“電視迷”的話來說，電視網絡的成功不僅僅在於它能夠向數百萬家庭傳輸清晰的信號。同樣重要的是細節，比如每個觀眾家庭如何佈置電視、音響系統和客廳家具，以最大限度地提高體驗。米勒說，無論是在這個比喻中還是在大腦中，網絡的存在都會激勵個體參與者配置自己的基礎設施以實現最佳參與。

作者在論文中寫道：“細胞電耦合將介觀和宏觀水平的信息連接到蛋白質的微觀水平，而蛋白質是記憶的分子基礎。”這篇文章闡述了細胞電偶聯的啟發邏輯。“我們提供了一個任何人都可以測試的假設，”米勒說。