V ľudskom mozgu detekovaný signál, ktorý sa nikdy predtým nevidel

Vedci objavili jedinečnú formu bunkových správ, ktorú v ľudskom mozgu nikdy predtým nevideli. Toto zistenie vzrušujúco naznačuje, že náš mozog môže byť ešte výkonnejšou výpočtovou jednotkou, ako sme si uvedomovali.

Začiatkom minulého roka výskumníci z ústavov v Nemecku a Grécku uviedli mechanizmus vo vonkajších kortikálnych bunkách mozgu, ktorý sám generuje nový „odstupňovaný“ signál, ktorý núti jednotlivé neuróny vykonávať svoje logické úlohy. Môže poskytnúť inú metódu.

Meraním elektrickej aktivity v častiach tkaniva odstránených počas chirurgického zákroku u pacientov s epilepsiou a analýzou ich štruktúry pomocou fluorescenčnej mikroskopie neurológovia zistili, že jednotlivé bunky v kôre sú schopné nielen „páliť“ normálne ióny sodíka, ale aj vápnik.

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

Mozog – najmä ľudský – sa často porovnáva s počítačom. Analógia má svoje obmedzenia, ale na niektorých úrovniach fungujú podobným spôsobom.

Oba používajú silu elektrického napätia na vykonávanie rôznych funkcií. V počítačoch k tomu dochádza ako relatívne jednoduchý tok elektrónov cez križovatky, ktoré sa nazývajú tranzistory.

V neurónoch je signál vo forme vlnového otvárania a zatvárania kanálov, ktoré si vymieňajú nabité častice, ako je sodík, chlorid a draslík. Tento impulz prúdiacich iónov sa nazýva akčný potenciál.

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

„Dendrity majú zásadný význam pre porozumenie mozgu, pretože sú jadrom určovania výpočtovej sily jednotlivých neurónov,“ uviedol neurovedec z Humboldtovej univerzity Matthew Larkham to hovorí Walterovi Beckwithovi V januári 2020 v Americkej asociácii pre pokrok vo vede.

Dendrity sú semafory nášho nervového systému. Ak je akčný potenciál dostatočne významný, môže sa preniesť do ďalších nervov, ktoré môžu správu zablokovať alebo odovzdať.

Toto je logický základ našich mozgovo-napäťových vĺn, ktoré možno hromadne komunikovať v dvoch formách: buď a a správa (ak x a y sa spustí, správa sa odovzdá); alebo iný alebo správa (ak x alebo y sa spustí, správa sa odovzdá).

Je dokázané, že nie je nikde zložitejšia ako v hustom zvrásnenom exteriéri centrálneho nervového systému človeka; mozgová kôra. Hlboká druhá a tretia vrstva sú obzvlášť silné a vyplnené vetvami, ktoré vykonávajú funkcie vyššieho rádu, ktoré spájame s vnemom, myšlienkou a ovládaním motora.

Boli to práve tieto vrstvy tkaniva, ktorým sa vedci podrobnejšie venovali a pripojili bunky k zariadeniu nazývanému somatodendritická svorka na patch, ktoré zaznamenáva ich signály a vysiela aktívne potenciály hore a dole po každom neuróne.

„Nastal okamih„ Heuréka “, keď sme prvýkrát videli dendritický akčný potenciál,“ Povedal Larkum.

Aby sa ubezpečili, že žiadny nález nebol jedinečný pre ľudí s epilepsiou, podrobne skontrolovali svoje výsledky v niektorých vzorkách odobratých z mozgových nádorov.

Zatiaľ čo tím robil podobné experimenty na potkanoch, uviedol, že typy signálov bzučiacich ľudskými bunkami sú veľmi odlišné.

Dôležitejšie je, že keď dostali bunky do blokátora sodíkových kanálov nazývaného tetrodotoxín, dostali signál. Blokovaním vápniku sa všetko upokojilo.

Je celkom zaujímavé nájsť akčný potenciál sprostredkovaný vápnikom. Ale spôsob, akým tento citlivý nový druh signálu pracoval v mozgovej kôre, odhalil prekvapenie.

iné ako logické a a alebo– typy úloh, tieto jednotlivé neuróny môžu fungovať „Jedinečný“ alebo (XOR) križovatky, ktorý umožňuje signál iba vtedy, keď je iný signál klasifikovaný určitým spôsobom.

„Tradične XOR Verí sa, že táto operácia si vyžaduje sieťové riešenie. ““ napísali vedci.

Je potrebné viac pracovať, aby sme zistili, ako sa dCaAP chovajú v neurónoch a v živom systéme. Nehovoriac o tom, či ide o ľudský objekt, alebo či sa podobné mechanizmy vyvinuli aj inde v ríši zvierat.

Technológia tiež hľadá náš vlastný nervový systém pre inšpiráciu pri vývoji lepšieho hardvéru; Poznanie našich vlastných jednotlivých buniek má v rukáve ešte niekoľko trikov, ktoré by mohli viesť k novým spôsobom sieťových tranzistorov.

Otázka, ako presne je tento nový logický nástroj vtesnaný do nervovej bunky, ktorá vedie k vyšším funkciám, je otázkou pre budúcich vedcov.

Tento výskum bol publikovaný v Veda.

Verzia tohto článku bola pôvodne publikovaná v januári 2020.