Un tip de semnal nevăzut până acum, detectat 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. În mod interesant, descoperirea sugerează că creierul nostru poate fi unități de calcul chiar mai puternice decât am crezut.

La începutul anului trecut, cercetătorii de la institutele germane și grecești au raportat un mecanism în celulele corticale exterioare ale creierului care, de unul singur, produce un nou semnal „gradat”, care ar putea oferi neuronilor individuali un mijloc alternativ de a-și îndeplini funcțiile logice.

Prin măsurarea activității electrice în secțiuni de țesut prelevate în timpul intervenției chirurgicale la pacienții cu epilepsie și analizarea structurii acestora folosind microscopia cu fluorescență, neurologii au descoperit că celulele individuale din cortex au folosit doar ionii de sodiu obișnuiți pentru „foc”, dar și calciu.

Această combinație de ioni încărcați pozitiv a declanșat valuri de stres care nu mai fuseseră văzute până acum, numite potențiale de acțiune dendritică mediate de calciu sau dCaAP.

Creierele – în special cele din soiul uman – sunt adesea comparate cu computerele. Analogia are limitele sale, dar la unele niveluri îndeplinesc sarcini în mod similar.

Ambele folosesc puterea unei tensiuni electrice pentru a efectua diverse operații. În computere, aceasta vine sub forma unui flux destul de simplu de electroni prin intersecții numite tranzistoare.

În neuroni, semnalul apare sub forma unui val de canale de deschidere și închidere care schimbă particule încărcate, cum ar fi sodiu, clorură și potasiu. Acest impuls al fluxului de ioni se numește a potențial de acțiune.

READ  Venitul planetei: o descoperire uimitoare, ceea ce este dezvăluit secretul

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

„Dendritele sunt esențiale pentru înțelegerea creierului, deoarece sunt esențiale pentru ceea ce determină puterea de calcul a neuronilor singuri”, a precizat un neurolog al Universității Humboldt. I-a spus Matthew Larkum lui Walter Beckwith la Asociația Americană pentru Avansarea Științei în ianuarie 2020.

Dendritele sunt semafoarele sistemului nostru nervos. Dacă un potențial de acțiune este suficient de mare, acesta poate fi transmis către alți nervi, care pot bloca sau transmite mesajul.

Acestea sunt bazele logice ale creierului nostru – valuri de tensiune care pot fi comunicate colectiv în două forme: fie a ȘI mesaj (dacă x și sunt declanșate acolo, mesajul este transmis); sau unul SAU mesaj (dacă x sau este declanșat acolo, mesajul este transmis).

Se poate argumenta că nicăieri acest lucru nu este mai complex decât în ​​partea exterioară densă și ridată a sistemului nervos central uman; cortexul cerebral. Al doilea și al treilea strat mai adânc sunt deosebit de groase, pline de ramuri care îndeplinesc funcții de ordin înalt pe care le asociem cu sentimentul, gândirea și controlul motor.

Cercetătorii au analizat cu atenție țesuturile din aceste straturi, conectând celulele la un dispozitiv numit clemă de patch-uri somatodendritice pentru a trimite potențiale active în sus și în jos pe fiecare neuron, înregistrându-le semnalele.

„A existat un moment„ eureka ”când am văzut pentru prima dată potențiale de acțiune dendritice”, spuse Larkum.

Pentru a se asigura că rezultatele nu au fost unice pentru persoanele cu epilepsie, aceștia și-au verificat din nou rezultatele într-o mână de probe prelevate din tumorile cerebrale.

READ  Senti Bio va prezenta datele de la conducta de oncologie celulară CAR-NK la viitoarele conferințe științifice

În timp ce echipa efectuase experimente similare pe șobolani, tipurile de semnale pe care le-au observat bâzâind prin celulele umane au fost foarte diferite.

Mai important, atunci când au testat celulele cu un blocant al canalelor de sodiu numit tetrodotoxină, au găsit încă un semnal. Numai prin blocarea calciului toată lumea a tăcut.

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

Pe lângă logică ȘI și SAUfuncții de tip, acești neuroni individuali ar putea acționa ca ‘exclusiv’ SAU (Exclusiv sau) răscruce de drumuri, care permit un semnal numai atunci când un alt semnal este clasificat într-un mod particular.

„În mod tradițional, Exclusiv sau sa considerat că operațiunea necesită o soluție de rețea “, au scris cercetătorii.

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

Tehnologia caută, de asemenea, propriul nostru sistem nervos pentru inspirație pentru a dezvolta materiale mai bune; știind că propriile noastre celule individuale au încă câteva trucuri în mânecă ar putea duce la noi modalități de conectare a tranzistoarelor.

Exact modul în care acest nou instrument logic comprimat într-o singură celulă nervoasă se traduce prin funcții superioare este o întrebare pe care viitorii cercetători trebuie să o răspundă.

Această cercetare a fost publicată în Ştiinţă.

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

READ  Maestri antichi e arte contemporanea

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *