Prvý signál svojho druhu nájdený v ľudskom mozgu: ScienceAlert

Vedci identifikovali jedinečný spôsob, akým bunky posielajú správy v ľudskom mozgu. To ukazuje, koľko toho ešte potrebujeme vedieť o jeho tajomnom vnútornom fungovaní.

Vzrušujúce je, že tento objav naznačuje, že náš mozog môže byť výkonnejšou výpočtovou jednotkou, než si predstavujeme.

V roku 2020 výskumníci z inštitúcií v Nemecku a Grécku oznámili mechanizmus vo vonkajších kortikálnych bunkách mozgu, ktorý automaticky generuje nový „triedený“ signál, ktorý jednotlivým neurónom poskytuje ďalší spôsob, ako vykonávať svoje logické funkcie.

Meraním elektrickej aktivity v častiach tkaniva odobratých počas chirurgického zákroku pacientom s epilepsiou a analýzou ich štruktúry pomocou fluorescenčnej mikroskopie neurológovia zistili, že jednotlivé bunky v kôre potrebujú „vystreliť“ nielen obvyklé sodíkové ióny, ale používajú nielen vápnik používajú aj vápnik.

Táto kombinácia kladne nabitých iónov generovala vlny napätia, ktoré sa predtým nevideli, nazývané vápnikom sprostredkované dendritické akčné potenciály alebo dCaAP.

Mozog – najmä ľudský mozog – sa často prirovnáva k počítaču. Toto porovnanie má svoje obmedzenia, no na niektorých úrovniach fungujú podobne.

Oba využívajú silu elektrického napätia na vykonávanie rôznych funkcií. V počítačoch k tomu dochádza ako jednoduchý tok elektrónov cez spoje nazývané tranzistory.

V neurónoch sa signál vyskytuje vo forme vlny otvárajúcich sa a zatvárajúcich kanálov, ktoré vymieňajú nabité častice, ako je sodík, chlorid a draslík. Tento pulz prúdiacich iónov sa nazýva a akčný potenciál,

Namiesto tranzistorov neuróny riadia tieto správy chemicky na konci vetiev nazývaných dendrity.

„Dendrity zohrávajú ústrednú úlohu pri porozumení mozgu, pretože sú základným prvkom, ktorý určuje výpočtovú silu jednotlivých neurónov,“ povedal neurológ z Humboldtovej univerzity. Matthew Larkham povedal Walterovi Beckwithovi V American Association for the Advancement of Science v januári 2020.

Dendrity sú semafory nášho nervového systému. Ak je akčný potenciál dostatočne dôležitý, môže sa preniesť na iné nervy, ktoré môžu inhibovať alebo preposlať správu.

Toto je logický základ nášho mozgu – vlny napätia, ktoré možno spoločne komunikovať v dvoch formách: buď a A správa (ak x A y sa spustia, správa sa prepošle); Alebo Alebo správa (ak x Alebo y sa spustí, správa sa prepošle).

Pravdepodobne ide o hustú, vrásčitú vonkajšiu časť ľudského centrálneho nervového systému; Oveľa zložitejšie ako mozgová kôra. Hlbšia druhá a tretia vrstva sú obzvlášť hrubé, vyplnené vetvami, ktoré vykonávajú funkcie vyššieho rádu, ktoré spájame s pocitmi, myšlienkami a motorickým ovládaním.

Vedci pozorne študovali tieto vrstvy tkaniva, pripájali bunky k zariadeniu nazývanému somatodendritická náplasťová svorka, posielali akčné potenciály hore a dole každým neurónom a zaznamenávali ich signály.

„To bol moment 'heureka', keď sme prvýkrát videli dendritické akčné potenciály,“ povedal larkham,

Aby sa ubezpečili, že sa žiadne zistenia neobmedzujú len na ľudí s epilepsiou, svoje výsledky dvakrát skontrolovali v niektorých vzorkách odobratých z mozgových nádorov.

Zatiaľ čo tím vykonal podobné experimenty na potkanochZistili, že signály prechádzajúce ľudskými bunkami sú veľmi odlišné.

Ešte dôležitejšie je, že keď dali bunkám dávku blokátora sodíkového kanála nazývaného tetrodotoxín, stále dostali signál. Iba blokovanie vápnika všetko upokojilo.

Objavenie akčných potenciálov sprostredkovaných vápnikom je veľmi zaujímavé. Ale modelovanie toho, ako tento citlivý nový typ signálu funguje v kôre, odhalilo prekvapivú vec.

mimo rozumu A A Alebo-typ úloh, ktoré môžu tieto jednotlivé neuróny vykonávať 'jedinečný' Alebo ,XOR) križovatkyČo umožňuje detekovať signál iba vtedy, ak je iný signál klasifikovaný určitým spôsobom.

„Tradične, XOR Predpokladá sa, že táto operácia si bude vyžadovať sieťové riešenie.“ napísali výskumníci,

Je potrebné urobiť viac práce, aby sme videli, ako sa dCaAP správajú v neurónoch a živých systémoch. Nie je potrebné spomínať, či ide o antropomorfnú vec, alebo sa podobné mechanizmy vyvinuli aj inde v živočíšnej ríši.

Technológia tiež hľadá inšpiráciu v našom vlastnom nervovom systéme na vývoj lepšieho hardvéru; Vedomie, že existuje niekoľko ďalších trikov skrytých v našich vlastných individuálnych bunkách, by mohlo viesť k novým spôsobom sieťovania tranzistorov.

Ako sa toto nové uvažovacie zariadenie premietne do vyšších funkcií v jednej nervovej bunke, je otázka, na ktorú budú musieť odpovedať budúci výskumníci.

Tento výskum bol publikovaný v roku 2012. Veda,

Verzia tohto článku bola pôvodne publikovaná v januári 2020.