神经系统的动态二重奏

《焦虑症一直好不了我来帮你找到痊愈的方向吧》 《惊恐障碍总复发看看我是如何自愈的》

                                                                       

唐吉x德(Don Quixote)和桑乔潘萨(Sancho Panza).迈克尔·乔丹(Michael Jordan)和斯科蒂·皮蓬(Scottie Pippen).福尔摩斯和沃森.由环境，机会或命运捆绑在一起的角色.有时他们是朋友；其他时候，这种关系更具对抗性.无论工会的原因和动态如何，很明显一个人需要另一个.他们在一起会更好.没有圣丹斯小子，布希·卡西迪会成为谁? Han Solo可以是没有Chewbacca的Han Solo吗?

关于动态二人组叙事有一些诱人之处.它遍布文学和电影.我们在体育报道中寻找它.我们试图在自己的生活中找到它.也许我们喜欢动态二重奏的故事，因为它是我们本人的重要组成部分.也许就是我们.

动态二重奏遍布全身.线粒体是产生我们活细胞所需大部分能量的小型细胞机器，是被吞噬的原核生物的后代.细菌在皮肤，呼吸道和肠道中排列，提供必要的保护和促进功能.即使是病毒(尽管声誉不佳)也对我们的生存至关重要.据估计，人类基因组中至少有8％包含了古老的逆转录病毒的幽灵，这些幽灵一直在进入我们的DNA.病毒可以为我们提供有用的基因，从而使我们更有能力在环境中发挥作用.

四亿二千五百万年前，在铰链颚鱼的神经系统(一种编轴器)中产生了协同作用.适应和自然选择的压力形成了“动态二重奏"关系，为我们的大脑发展成为今天的大脑奠定了发展的阶段.几千年前，一种细胞(可能是某种原始的吞噬细胞)围绕着神经纤维包裹着自己.细胞包裹对于提高处理能力，增强大脑区域之间的协调性以及适应能力使我们的物种得以蓬勃发展至关重要.

但是这种关系是微妙的.当天平向功能障碍倾斜时，就会出现神经系统疾病.多发性硬化症，阿尔茨海默氏病，帕金森氏症，抑郁症和焦虑症可归因于或与这种动态神经系统二重症的摄动有关.

本文是神经系统动态二重性的系列文章的第一部分，研究了由脑细胞之间的这种关系所分配的增强的大脑处理能力.

增强的处理能力

电是大脑的信息货币.它从神经元传播到神经元，再到神经元传播到细胞，使大脑区域彼此之间以及与身体的不同部位进行交流.这些小的爆发称为动作电位或冲动.遍布全身的动作电位使我们的手臂，腿和其他四肢有意识地运动成为可能.它们使我们能够思考，推理和记住.他们让我们有感觉.

动作电位是由称为离子的微小粒子的运动产生的.离子躺在神经元的内部和外部，直到受到刺激.然后它们流过神经元的膜屏障并进入相邻区域，从而触发更多离子的进入.当后续区域中的离子进入时，电脉冲会传播.

动作电位沿着称为轴突的线状延长线移动.当到达轴突末端时，化学信使将电信号传递到下一个细胞.脉冲传播的速度部分取决于离子在不被阻碍或丢失到细胞外部的情况下流动的容易程度.

速度以及大脑可以同时执行的大量操作决定了大脑的处理能力.操作可以很简单(例如，动手指或计算2 + 2)，也可以很复杂，例如抽象推理或弄清楚下棋过程中的下一步动作.处理能力的速度分量受动作电位速度的限制.并发操作的数量反映了能够使用动作电位进行通信的元素的数量.

亿万年前，下颚铰链鱼的祖先正处于不断进化的压力之下，要求它们变得更大，更快—如此一来，它们就不会成为捕食者如此容易的目标，而可能成为更好的捕食者.但是尺寸的增加带来了结构性问题，只有通过增加大脑的处理能力才能克服这一问题.如果身体变大，神经元必须变长.如果没有电信号从大脑沿着整个身体的长度传递到负责尾巴来回运动的肌肉，那么鱼就无法控制其尾鳍的运动.

如果神经元变长且动作电位的速度没有变化，则信号从其原点传播到其目的地所花费的时间就必须增加.对于铰链下颌的鱼，这意味着命令尾鳍的信号不会很快到达那里，并且鱼将无法按照需要的速度移动.

生物学已经开发出两种方法来提高信号转导的速度.首先是增加轴突的直径.轴突有点像带有软管的花园软管(除了在轴突中，纸板是必不可少的蜂窝机械).流经花园水管的水将被流入其中的所有垃圾所阻挡.如果您增加花园水管的直径，则会为水留出更多空间以绕过水垢，从而使水流更快.

鱿鱼和章鱼等头足类动物已经采用这种方法来提高信号传导的速度.但这仅限于参与快速逃避反应的少数神经元.

提高信号传导速度的第二种方法是使轴突绝缘.随着离子沿着神经纤维移动，一些离子会泄漏出去，从而削弱信号强度.如果信号强度不足以触发离子在相邻区域中跨膜移动，则信号会死亡.用能在神经纤维上较长长度保留信号强度的材料包裹轴突可以使脉冲传播得更快.

在我们的大脑中，髓磷脂是包裹轴突的物质，可保持信号强度并加快信号传导.髓磷脂是一种细胞的进化后代，该细胞在数百万年前偶然将轴突包裹在铰接下颌的鱼类中.

为什么进化过程选择髓磷脂而不是增加轴突直径来加速信号转导?可能是因为空间.

大脑和脊髓被限制在我们头部顶部的头骨内，而椎骨则沿着我们的背部中线延伸.这对我们来说是正确的，对我们的大部分进化路线也是如此.藏在这些刚性结构的后面会带来特殊的限制，这意味着大脑和脊髓的最大长度是有限的.而且达到这个极限的速度远远快于轴突直径增加所需的轴突直径，以适应适度增加的身体尺寸.

我们人类需要大约每秒50米的信号传输速度.为了通过增加轴突直径达到该速度，脊髓(由轴突束组成)直径必须为一米，大约是现在的十倍！这并不完全节省空间.

通过将轴突包裹在髓磷脂中，我们可以显着提高信号传导速度，同时保持轴突直径在空间上可行.这使我们能够维持大量的神经元(和其他脑细胞)，同时还能够提高信号传导速度.通过增加可以同时执行的操作数，在大脑中保持大量潜在的接触为增加处理能力留出了空间.换句话说，它为复杂的感知，判断和计划发展等高级大脑过程留出了空间.这些是大脑的功能，需要同时使用和协调许多操作.

本系列的下一部分将探讨髓磷脂和轴突(我们的神经系统动态二重体)之间的相互作用如何为增强大脑区域之间的协调性铺平道路.