大脑的健康运作依赖于神经元之间兴奋与抑制的微妙平衡。神经科学家们发现，神经元的类型划分并非泾渭分明，不同类型细胞之间的界限比以往认为的更加模糊。维持兴奋与抑制的适当比例对于大脑的健康至关重要。不平衡可能导致严重的神经系统疾病，例如，过度兴奋可能引发癫痫，而兴奋不足则可能与自闭症等疾病相关。（来源：Mark Cembrowski, University of British Columbia）。
神经科学家们正致力于揭示这两类细胞的工作方式，特别是它们如何与影响其行为的第三类细胞（神经调质神经元）相互作用。这些研究有望帮助我们重新稳定失衡的神经元网络，这种失衡甚至可能随着正常衰老而发生。
平衡是关键
兴奋性神经元和抑制性神经元的工作方式有相似之处。它们都释放被称为神经递质的化学信使，这些神经递质穿过突触间隙，与下一个神经元上的受体结合。兴奋性神经元和抑制性神经元的区别在于它们释放的神经递质类型。
大脑中的兴奋性神经元几乎只在激活或放电时释放谷氨酸。谷氨酸会触发大量正离子涌入神经元，增加其内部电压，从而刺激神经元产生动作电位，这是一种强大的电脉冲，沿着神经纤维传播，使神经元释放自己的分子，与其他神经元进行通信。
相反，当抑制性神经元放电时，它们会释放一种名为γ-氨基丁酸（GABA）的神经递质，该神经递质会触发带负电的离子涌入相邻神经元，或带正电的离子涌出。由于内部电压降低，下一个神经元不会放电。加州大学旧金山分校（University of California, San Francisco）的神经科学家Tomasz Nowakowski表示，抑制性神经元“起到了一种断路器的作用”。
这些“停止”和“启动”机制构建了大脑中的高速公路系统，确保信号在正确的时间到达正确的地点，从而使我们能够拿起桌子上的苹果，哼唱喜欢的曲调，或记住手机放在哪里。
在哺乳动物的大脑皮层中，兴奋性神经元的数量远远超过抑制性神经元。但纵观哺乳动物大脑的进化过程，抑制性神经元的种类不断增多，数量也在增加，这表明它们在更高级的功能中发挥着关键作用。
抑制性神经元“通常被认为是起支持作用的”，佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）和埃默里大学（Emory University）的神经科学家兼神经工程师Annabelle Singer说。这很可能是因为研究兴奋性神经元更容易。例如，当动物位于特定位置时，海马体中的兴奋性位置细胞会放电。当这种情况发生时，可以观察到它对其他细胞的兴奋。“这非常明确，”她说。但是抑制性神经元“到处都在大量放电，很难说它对什么有反应，”她说。我们不知道它抑制的是什么信号，而且与它相连的细胞也不会通过放电来回应。
尽管如此，研究已经开始阐明抑制性神经元如何以及何时放电。在《自然》（Nature）杂志最近发表的一项研究中，Singer和她的同事发现，抑制性神经元通过选择性地减少动物在食物所在位置附近时的放电量，帮助小鼠快速学习并记住在哪里可以找到食物。通过在小鼠接近该位置时降低放电频率，抑制性神经元增强了所需的信号，从而“实现了对重要位置的学习”，Singer说。这表明它们在记忆中发挥着比以前认为的更积极的作用。
神经递质的作用非常迅速，但我们需要的大部分行为和认知成分都非常缓慢。（来源：Mark Cembrowski, University of British Columbia）
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此外，过去普遍认为抑制性神经元的活动更具有普遍性，进行的是“覆盖式的抑制，抑制其轴突周围的一切”，艾伦脑科学研究所（Allen Institute）的神经科学家Nuno Maçarico da Costa说。但是，da Costa和他的团队作为Microns项目的一部分，该项目旨在完全绘制出小鼠视觉皮层中1立方毫米的部分，发现抑制性神经元在选择抑制哪些细胞时非常具体。
大脑的回路是由兴奋性和抑制性细胞以多种方式对话混合构建的。例如，一些抑制性细胞更喜欢向另一个神经元名为树突的小分支发送信号，而另一些则向神经元的细胞体发送信号。另一些则协同作用以抑制某些其他细胞。这些不同的活动部分通过尚未完全理解的机制交织在一起，从而产生我们的反应、思想、记忆和意识。
但是，神经元的通信速度比它们产生的认知效应快数千倍，在几十毫秒甚至更短的时间内传输信号。“神经递质的作用非常迅速，但我们需要的大部分行为和认知成分都非常缓慢，”Cembrowski说。这种明显的错配是“大脑最核心和最伟大的谜团之一”。
第三类神经元
另一类细胞可能有助于解决这个时间问题。
神经调质神经元在大脑中更为罕见，它们在较慢的时间尺度上工作，但其影响持续时间更长，范围更广。它们不是将分子通过突触专门发送到下一个神经元，而是可以将它们的分子——一种被称为神经调质的神经递质亚集——扩散到整个区域，在那里它们与许多不同的突触相互作用。它们释放的分子，如多巴胺或血清素，会导致兴奋性或抑制性神经元发生变化，使其更容易或更不容易放电。它们创造了“一种缓慢的信号暗流，对大脑的快速动态产生重要影响”，Cembrowski说。
例如，神经调质去甲肾上腺素在情绪化的记忆中起着重要作用。当它被释放时，它有助于加强形成和巩固记忆的神经元之间的连接，从而使它们更频繁地放电，从而“引导特别情绪化的体验进入记忆”，他说。
这些基本的身份——兴奋性、抑制性、神经调质——为我们各种类型的神经元运作方式带来了一些结构，但它们的作用可能会变得模糊。例如，一些兴奋性和抑制性神经元似乎也具有内置的神经调质功能。少数神经元，尤其是与情绪相关的神经元，可以同时释放GABA和谷氨酸，使其同时具有兴奋性和抑制性。在慢性压力和其他条件下，一些神经元可以改变身份，例如从兴奋性神经元变为抑制性神经元。
尽管在广泛的神经元类别中存在许多多样性——正如一个又一个大脑细胞图谱所显示的那样——但它们都实现了兴奋和抑制的节律。神经科学家们仅仅触及了当神经元网络失去平衡时会发生什么事情的表面，但是这项工作可能会导致更多的治疗方法来修复它们，Cembrowski说。“这可以对个人的生活质量和整个社会产生巨大的影响。”
（背景延伸：圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔（Santiago Ramón y Cajal）是19世纪末20世纪初的西班牙神经解剖学家和组织学家，他以其对神经系统微观结构的开创性研究而闻名，被认为是现代神经科学之父。他使用高尔基染色法绘制了详细的脑细胞图，首次揭示了神经元是神经系统的基本单位，并提出了神经元学说。他的工作为我们理解大脑的复杂性和功能奠定了基础。）
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