Objev signálu, který je prvním svého druhu v lidském mozku: ScienceAlert

Vědci byli schopni identifikovat jedinečnou formu buněčných zpráv, které se vyskytují v lidském mozku. Odhaluje, kolik se toho ještě musíme naučit o jeho tajemném vnitřním fungování.

Je zajímavé, že tento objev naznačuje, že naše mozky mohou být výkonnější výpočetní jednotky, než jsme si představovali.

V roce 2020 vědci z ústavů v Německu a Řecku informovali o mechanismu v extracelulárních kortikálních buňkách mozku, který produkuje nový vlastní „gradientní“ signál, signál, který by mohl jednotlivým neuronům poskytnout další způsob, jak vykonávat své logické funkce.

Měřením elektrické aktivity v řezech tkáně odebraných během operace u pacientů s epilepsií a analýzou jejich struktury pomocí fluorescenční mikroskopie neurovědci zjistili, že jednotlivé buňky v mozkové kůře využívají ke střelbě nejen obvyklé ionty sodíku, ale také vápník.

Tato kombinace kladně nabitých iontů spustila vlny elektrického potenciálu, které nikdy předtím nebyly viděny a které se označují jako dendritické akční potenciály zprostředkované vápníkem nebo dCaAP.

Mozky – zejména ty lidského druhu – jsou často přirovnávány k počítačům. Toto měření má skutečně svá omezení, ale na některých úrovních zařízení plní své úkoly podobným způsobem.

Oba využívají sílu elektrického napětí k provádění různých operací. V počítačích se jedná o jednoduchý tok elektronů přes přechody zvané tranzistory.

V neuronech je signál ve formě vlny otevřených a uzavřených kanálů, které vyměňují nabité částice, jako je sodík, chlorid a draslík. Tento puls proudících iontů se nazývá puls Akční potenciál.

Místo tranzistorů vedou neurony tyto zprávy chemicky na konci větví nazývaných dendrity.

„Neuronové dendrity jsou zásadní pro pochopení mozku, protože tvoří jádro toho, co určuje výpočetní výkon jednotlivých neuronů,“ říká neurolog z Humboldtovy univerzity. Matthew Larcom řekl Walteru Beckwithovi V American Association for the Advancement of Science v lednu 2020.

Nervové dendrity jsou dopravní signály v našem nervovém systému. Pokud je akční potenciál dostatečně velký, může se přenést na další nervy, které mohou zprávu zablokovat nebo přenést.

To je zdůvodnění našeho mozku – vlnění elektrického napětí, které lze kolektivně komunikovat ve dvou formách: buď A zpráva (pokud x A Pokud je zapnuto, zpráva je předána); nebo nebo zpráva (pokud x nebo y se spustí a zpráva je předána).

To je jistě složitější než kdekoli jinde v husté, vrásčité vnější části lidského centrálního nervového systému; Mozková kůra. Druhá a třetí hlubší vrstva jsou obzvláště silné, plné větví, které vykonávají funkce vyšší úrovně, které spojujeme s pocity, myšlením a kontrolou pohybu.

Vědci důkladně prozkoumali tkáň těchto vrstev a spojili buňky se zařízením nazývaným dendritická somatická náplastová svorka, která vysílá aktivní potenciály nahoru a dolů každým neuronem a zaznamenávají jeho signály.

„Nastal úžasný moment heuréky, když jsme poprvé viděli dendritické akční potenciály,“ řekl Larcom.

Aby se ujistili, že žádné nálezy nejsou jedinečné pro lidi s epilepsií, znovu ověřili svá zjištění v malém počtu vzorků odebraných z mozkových nádorů.

Zatímco tým prováděl podobné experimenty Na myšíchTypy signálů, které pozorovali bzučící lidskými buňkami, byly velmi odlišné.

Ještě důležitější je, že když dali buňkám dávku blokátoru sodíkového kanálu zvaného tetrodotoxin, našli signál. Vše se uklidnilo až zadržováním vápníku.

Objev akčního potenciálu zprostředkovaného vápníkem je dostatečně zajímavý. Ale modelování způsobu, jakým tento citlivý nový typ signálu funguje v mozkové kůře, odhalilo překvapení.

Kromě logického A A nebo– funkce typu, tyto jednotlivé neurony mohou působit jako ‚Výhradní‘ nebo (XOR) křižovatkykterý umožňuje signál pouze tehdy, když je jiný signál klasifikován určitým stylem.

„Tradičně, XOR „Předpokládalo se, že proces vyžaduje síťové řešení.“ Napsali výzkumníci.

Je zapotřebí více úsilí k pochopení toho, jak se dCaAP proteiny chovají napříč celými neurony a v živém systému. Nemluvě o tom, zda jsou tyto proteiny vytvořeny člověkem, nebo zda se podobné mechanismy vyvinuly i jinde v živočišné říši.

Technologie také hledá inspiraci v našem nervovém systému, jak vyvinout lepší zařízení; Vědomí, že naše jednotlivé buňky mají pod rukávy více triků, může vést k novým způsobům propojení tranzistorů.

Jak se tento nový uvažovací nástroj zabudovaný do jednoho neuronu promítne do vyšších funkcí, je otázka, na kterou budou muset odpovědět budoucí výzkumníci.

Tento výzkum byl publikován v vědy.

Původní verze tohoto článku byla zveřejněna v lednu 2020.