Un tip de semnal nemaivăzut până acum a fost descoperit în creierul uman

Oamenii de știință au descoperit o formă unică de mesagerie celulară care apare în creierul uman, care nu a mai fost văzută până acum. Interesant este faptul că această constatare sugerează că creierul nostru poate fi unități de calcul mai puternice decât ne-am dat seama.

La începutul anului trecut, cercetătorii de la institutele din Germania și Grecia au raportat un mecanism în celulele corticale externe ale creierului care produce singur un nou „gradient”, unul care altfel ar putea dota neuronii individuali pentru a-și îndeplini funcțiile logice.

Măsurând activitatea electrică din secțiuni de țesut îndepărtat în timpul intervenției chirurgicale la pacienții cu epilepsie și analizând structura acestora utilizând microscopia cu fluorescență, neurologii au descoperit că celulele individuale din cortexul cerebral folosesc nu numai ionii de sodiu obișnuiți pentru a „trage”, ci și calciu.

Această combinație de ioni încărcați pozitiv a eliberat unde de tensiune nemaivăzute până acum, denumite potențiale de acțiune dendritică mediate de calciu sau dCaAP.

Creierele – în special cele ale speciei umane – sunt adesea comparate cu computerele. Această analogie are limitările sale, dar la unele niveluri îndeplinesc sarcini în moduri similare.

Amândoi folosesc puterea potențialului electric pentru a efectua operațiuni diferite. În computere, aceasta se prezintă sub forma unui flux destul de simplu de electroni prin joncțiuni numite tranzistoare.

În neuroni, semnalul este sub forma unui val de canale de deschidere și închidere care schimbă particule încărcate, cum ar fi sodiu, clorură și potasiu. Acest puls al ionilor care curg se numește Potențial de lucru.

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

Dendritele sunt fundamentale pentru înțelegerea creierului, deoarece sunt nucleul a ceea ce determină puterea de calcul a neuronilor individuali. I-a spus Matthew Larcom lui Walter Beckwith la Asociația Americană pentru Avansarea Științei în ianuarie 2020.

Dendritele sunt semnalele de trafic ale sistemului nostru nervos. Dacă potențialul de acțiune este suficient de mare, acesta poate fi transmis către alți nervi, care pot bloca sau transmite mesajul.

Acestea sunt rațiunile pentru creierul nostru – undele de tensiune care pot fi comunicate colectiv în două forme: fie Si mesaj (dacă x Si y este pornit, mesajul este transmis); sau a sau mesaj (dacă x sau y este declanșat, mesajul este transmis).

Nicăieri nu se poate spune mai complicat decât partea exterioară densă și ridată a sistemului nervos central uman; Cortex cerebral. Al doilea și al treilea strat adânc sunt deosebit de groase, pline de ramuri care îndeplinesc funcții la nivel înalt pe care le asociem cu senzația, gândirea și controlul motor.

Cercetătorii au analizat mai îndeaproape țesuturile acestor straturi, atașând celulele la un dispozitiv numit sinapsă de patch-uri neuronale somatice pentru a trimite potențiale energetice în sus și în jos pe fiecare neuron, înregistrându-le semnalele.

„A existat un moment„ eureka ”când am văzut pentru prima dată potențialul acțiunii dendritice”, Spuse Larcom.

Pentru a se asigura că orice constatări nu au fost unice pentru persoanele cu epilepsie, aceștia și-au revizuit rezultatele în câteva eșantioane din tumorile cerebrale.

În timp ce echipa a efectuat experimente similare pe șoareci, tipurile de semnale pe care le-au observat călătorind prin celulele umane au fost foarte diferite.

Important, când au dozat celulele cu un blocant al canalelor de sodiu numit tetrodotoxină, au găsit încă un semnal. Doar blocând calciul, toată lumea s-a liniștit.

Găsirea unui potențial de acțiune mediat de calciu este suficient de interesantă. Dar modelarea modului în care acest nou tip sensibil de semnal funcționează în cortex a dezvăluit o surpriză.

Pe lângă logică Si Si sauDupă tipul de funcții, acești neuroni individuali pot funcționa ‘exclusiv’ sau (XOR) intersecții, care permite un semnal numai atunci când un alt semnal este clasificat într-un anumit mod.

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

Este nevoie de mai multă muncă pentru a afla cum se comportă dCaAP-urile între neuroni întregi și într-un sistem viu. Ca să nu mai vorbim dacă a fost ceva uman sau dacă mecanisme similare au evoluat în altă parte a regnului animal.

Tehnologia se uită și la sistemul nostru nervos pentru inspirație cu privire la modul de a dezvolta dispozitive mai bune; Știind că celulele noastre individuale au alte câteva trucuri în mânecă ar putea duce la noi modalități de conectare a tranzistoarelor.

Modul în care acest nou instrument logic se traduce într-un singur neuron în funcții superioare este o întrebare pentru care viitori cercetători pot răspunde.

Această cercetare a fost publicată în Ştiinţă.

O versiune a acestui articol a fost publicată inițial în ianuarie 2020.