Descoperirea unui semnal care este primul de acest fel în creierul uman: ScienceAlert

Oamenii de știință au reușit să identifice o formă unică de mesaje celulare care apare în creierul uman. Ne dezvăluie cât de mult mai avem de învățat despre misterioasele lui funcționări interioare.

Interesant este că această descoperire sugerează că creierul nostru ar putea fi unități de calcul mai puternice decât ne-am imaginat.

În 2020, cercetătorii de la institute din Germania și Grecia au raportat despre un mecanism din celulele corticale extracelulare ale creierului care produce un nou semnal „gradient” propriu, un semnal care ar putea oferi neuronilor individuali o altă modalitate de a-și îndeplini funcțiile logice.

Măsurând activitatea electrică în secțiunile de țesut îndepărtate în timpul intervenției chirurgicale la pacienții cu epilepsie și analizând structura acestora cu ajutorul microscopiei cu fluorescență, oamenii de știință au descoperit că celulele individuale din cortexul cerebral folosesc nu numai ionii obișnuiți de sodiu pentru a arde, ci și calciu.

Această combinație de ioni încărcați pozitiv a declanșat valuri de potențial electric care nu au fost niciodată văzute înainte, care sunt denumite potențiale de acțiune dendritice mediate de calciu sau dCaAP.

Creierele – în special cele ale speciei umane – sunt adesea comparate cu computerele. Într-adevăr, această măsurătoare are limitările sale, dar la unele niveluri dispozitivele își îndeplinesc sarcinile în moduri similare.

Ambele folosesc puterea tensiunii electrice pentru a efectua diferite operații. În computere, acesta este un simplu flux de electroni prin joncțiuni numite tranzistori.

În neuroni, semnalul este sub forma unui val de canale deschise și închise care schimbă particule încărcate, cum ar fi sodiu, clorură și potasiu. Acest puls de ioni care curge se numește puls Potenţial de acţiune.

În loc de tranzistori, neuronii conduc aceste mesaje chimic la capătul ramurilor numite dendrite.

„Dendritele neuronale sunt fundamentale pentru înțelegerea creierului, deoarece formează nucleul a ceea ce determină puterea de calcul a neuronilor individuali”, spune neurologul de la Universitatea Humboldt. Matthew Larcom i-a spus lui Walter Beckwith La Asociația Americană pentru Avansarea Științei în ianuarie 2020.

Dendritele neuronale sunt semnalele de trafic din sistemul nostru nervos. Dacă potențialul de acțiune este suficient de mare, acesta poate fi transmis altor nervi, care pot bloca sau transmite mesajul.

Acesta este rațiunea creierului nostru – ondulații de tensiune electrică care pot fi comunicate colectiv în două forme: fie Și mesaj (dacă x Și Dacă este pornit, mesajul este transmis); sau sau mesaj (dacă x sau y este rulat și mesajul este transmis).

Acest lucru este cu siguranță mai complex decât oriunde altundeva în secțiunea exterioară densă și încrețită a sistemului nervos central uman; Cortex cerebral. Al doilea și al treilea strat profund sunt deosebit de groși, pline cu ramuri care îndeplinesc funcții de nivel superior pe care le asociem cu senzația, gândirea și controlul mișcării.

Cercetătorii au examinat îndeaproape țesutul acestor straturi, conectând celulele la un dispozitiv numit clemă somatică dendritică pentru a trimite potențiale active în sus și în jos pentru fiecare neuron, înregistrându-i semnalele.

„A existat un moment uimitor de eureka când am văzut prima dată potențialele de acțiune dendritice.” spuse Larcom.

Pentru a se asigura că orice descoperire nu era exclusivă pentru persoanele cu epilepsie, ei și-au verificat din nou constatările într-un număr mic de probe prelevate din tumori cerebrale.

În timp ce echipa a efectuat experimente similare Pe șoareciTipurile de semnale pe care le-au observat bâzâind prin celulele umane au fost foarte diferite.

Mai important, atunci când au dat celulelor o doză de blocant al canalelor de sodiu numit tetrodotoxină, au găsit un semnal. Totul s-a calmat doar prin reținerea calciului.

Descoperirea unui potențial de acțiune mediat de calciu este destul de interesantă. Dar modelarea modului în care funcționează acest nou tip sensibil de semnal în cortexul cerebral a scos la iveală o surpriză.

Pe lângă logic Și Și sau– funcții de tip, acești neuroni individuali pot acționa ca ‘Exclusiv’ sau (XOR) intersecțiicare permite un semnal doar atunci când un alt semnal este clasificat cu un anumit stil.

„Tradiţional, XOR „Se credea că procesul necesită o soluție de rețea.” Cercetătorii au scris.

Sunt necesare mai multe eforturi pentru a înțelege cum se comportă proteinele dCaAP în neuroni întregi și într-un sistem viu. Ca să nu mai vorbim dacă aceste proteine ​​sunt create de om sau dacă mecanisme similare au evoluat în altă parte în regnul animal.

De asemenea, tehnologia caută inspirație în sistemul nostru nervos pentru a dezvolta dispozitive mai bune; Știind că celulele noastre individuale au mai multe trucuri sub mâneci, poate duce la noi modalități de interconectare a tranzistorilor.

Modul în care acest nou instrument de raționament încorporat într-un singur neuron se traduce în funcții superioare este o întrebare la care viitorii cercetători vor trebui să răspundă.

Această cercetare a fost publicată în Științe.

Versiunea originală a acestui articol a fost publicată în ianuarie 2020.