神经回路

神经电路是群的神经元通过互连的突触被激活时执行一个特定的功能。神经回路相互连接，形成大规模的大脑网络。生物神经网络启发了人工神经网络的设计，但人工神经网络通常不是其生物对应物的严格复制品。

大脑中神经元之间的连接比人工神经网络的连接主义神经计算模型中使用的人工神经元复杂得多。神经元之间的基本连接类型是突触：化学突触和电突触。

突触的建立使神经元能够连接成数百万个重叠和互连的神经回路。称为神经蛋白的突触前蛋白是这一过程的核心。

神经元通过工作的一个原则是神经总和-电位在突触后膜会在细胞体内总结。如果轴突丘处神经元的去极化超过阈值，则会发生动作电位，该动作电位沿着轴突向下传播到末端，将信号传递给其他神经元。兴奋性和抑制性突触传递主要通过兴奋性突触后电位(EPSP)和抑制性突触后电位(IPSP)实现。

在电生理水平上，有多种现象会改变个体突触（称为突触可塑性）和个体神经元（内在可塑性）的反应特性。这些通常分为短期可塑性和长期可塑性。长期突触可塑性通常被认为是最有可能的记忆基质。通常，术语“神经可塑性”是指由活动或经验引起的大脑变化。

连接显示时间和空间特征。时间特征是指突触传递的不断修改的活动依赖性功效，称为尖峰时间依赖性可塑性。在多项研究中已经观察到，这种传递的突触功效可以根据突触前神经元的活动而短期增加（称为促进）或减少（抑制）。通过长时程增强(LTP)或抑制(LTD)诱导突触功效的长期变化，在很大程度上取决于兴奋性突触后电位发生的相对时间和突触后动作电位。LTP是由一系列引起各种生化反应的动作电位诱导的。最终，这些反应导致突触后神经元细胞膜上新受体的表达或通过磷酸化增加现有受体的功效。

反向传播动作电位不会发生，因为在动作电位沿着轴突的给定部分传播后，电压门控钠通道上的m门关闭，从而阻止h门的任何瞬时打开导致细胞内钠离子(Na+)浓度，并防止产生返回细胞体的动作电位。然而，在某些细胞中，神经反向传播确实通过树突分支发生，并且可能对突触可塑性和计算产生重要影响。

大脑中的神经元需要一个单一的信号到神经肌肉接头来刺激突触后肌肉细胞的收缩。然而，在脊髓中，至少需要75个传入神经元才能产生放电。由于神经元之间时间常数的变化，这张图片变得更加复杂，因为一些细胞可以比其他细胞经历更长时间的EPSP。

虽然在发育中的大脑突触中的突触抑制已被广泛观察到，但据推测，它会在成人大脑中转变为促进作用。

神经电路的一个例子是trisynaptic电路在海马。另一个是连接下丘脑和边缘叶的Papez回路。皮质-基底节-丘脑-皮质环中有几个神经回路。这些回路在皮层、基底神经节、丘脑和回皮层之间传递信息。基底神经节内xxx的结构纹状体被视为具有自己的内部微电路。

脊髓中称为中枢模式发生器的神经回路负责控制与节律行为有关的运动指令。有节奏的行为包括行走、排尿和射精。中央模式发生器由不同组的脊髓中间神经元组成。

有四种主要类型的神经回路负责广泛的神经功能。这些电路是发散电路、收敛电路、混响电路和并联后放电电路。

在发散回路中，一个神经元与多个突触后细胞形成突触。这些中的每一个都可以与更多的突触相连，使一个神经元可以刺激多达数千个细胞。这可以从单个运动神经元的初始输入刺激数以千计的肌肉纤维中得到例证。

在收敛电路中，来自多个源的输入收敛到一个输出中，只影响一个神经元或一个神经元池。这种类型的回路以脑干的呼吸中枢为例，它通过发出适当的呼吸模式来响应来自不同来源的大量输入。

混响电路产生重复输出。在线性序列中从一个神经元到另一个神经元的信号传递过程中，其中一个神经元可以将信号发送回起始神经元。每次xxx个神经元触发时，另一个神经元会进一步触发序列，再次将其发送回源。这会重新刺激xxx个神经元，并允许传输路径继续到其输出。由此产生的重复模式是只有在一个或多个突触失败，或者来自另一个来源的抑制性馈送导致它停止时才会停止的结果。这种类型的混响电路位于呼吸中枢，向呼吸肌发送信号，引起吸入。当回路被抑制信号中断时，肌肉放松，导致呼气。这种类型的回路可能在癫痫发作中起作用。

在并联后放电电路中，一个神经元输入到几个神经元链。每条链由不同数量的神经元组成，但它们的信号会聚到一个输出神经元上。电路中的每个突触都会将信号延迟约0.5毫秒，这样突触越多，输出神经元的延迟就越长。输入停止后，输出将继续触发一段时间。这种类型的电路不像混响电路那样有反馈回路。刺激停止后继续放电称为后放电。这种电路类型是在发现反射弧一定的反射。

已经开发了不同的神经成像技术来研究神经回路和网络的活动。使用“大脑扫描仪”或功能性神经成像来研究大脑的结构或功能是很常见的，无论是通过高分辨率图片更好地评估脑损伤的一种方式，还是通过检查不同大脑区域的相对激活。这些技术可能包括功能性磁共振成像(fMRI)、脑正电子发射断层扫描(大脑PET)和计算机轴向断层扫描(CAT)扫描。功能性神经影像学使用特定的大脑成像技术从大脑进行扫描，通常是在一个人执行特定任务时，试图了解特定大脑区域的激活与任务之间的关系。在功能性神经影像学中，尤其是fMRI，它测量与神经活动密切相关的血流动力学活动（使用BOLD对比成像），使用PET和脑电图(EEG)。

联结主义模型用作表示、信息处理和信号传输的不同假设的测试平台。在此类模型中进行损伤研究，例如人工神经网络，其中部分节点被故意破坏以查看网络如何执行，也可以在几个细胞组件的工作中产生重要的见解。类似地，模拟神经系统疾病中功能失调的神经递质（例如，帕金森氏症基底节中的多巴胺）患者）可以深入了解在特定患者组中观察到的认知缺陷模式的潜在机制。这些模型的预测可以在患者身上进行测试，也可以通过药理学操作进行测试，而这些研究又可以用于为模型提供信息，从而使过程迭代。

通过长时间的讨论，已经实现了神经生物学中连接主义方法和单细胞方法之间的现代平衡。1972年，巴洛宣布了单神经元xxx：“我们的感知是由从大量主要沉默细胞中选出的少数神经元的活动引起的。”这种方法受到了两年前提出的祖母细胞想法的刺激。巴洛制定了神经元学说的“五个教条”。最近对“祖母细胞”和稀疏编码现象的研究发展和修改了这些想法。单细胞实验在内侧颞叶（海马和周围皮层）中使用颅内电极。测度理论（随机分离定理）的现代发展以及对人工神经网络的应用，为小神经集合在高维大脑中的意外有效性提供了数学背景。

有时，当基底神经节受累时，神经回路会变得病理性并导致帕金森氏病等问题。存在的问题帕佩兹电路还可以产生许多神经变性疾病，包括帕金森氏。