V lidském mozku byl objeven typ signálu, který nikdy předtím neviděl

Vědci objevili jedinečnou formu buněčných zpráv, která se vyskytuje v lidském mozku a která nikdy předtím nebyla vidět. Je zajímavé, že toto zjištění naznačuje, že naše mozky mohou být výkonnějšími jednotkami výpočtu, než jsme si uvědomovali.

Začátkem loňského roku uvedli vědci z německých a řeckých institutů mechanismus ve vnějších kortikálních buňkách mozku, který sám produkuje nový „gradientový“ signál, který by jinak dokázal vybavit jednotlivé neurony výkonem jejich logických funkcí.

Měřením elektrické aktivity v částech tkáně odstraněné během chirurgického zákroku u pacientů s epilepsií a analýzou jejich struktury pomocí fluorescenční mikroskopie zjistili neurologové, že jednotlivé buňky v mozkové kůře používají k „střelbě“ nejen obvyklé ionty sodíku, ale také vápník.

Tato kombinace kladně nabitých iontů uvolnila vlny napětí, které nikdy předtím nebyly vidět, označované jako dendritické akční potenciály zprostředkované vápníkem nebo dCaAP.

Mozky – zejména lidské – jsou často přirovnávány k počítačům. Tato analogie má svá omezení, ale na některých úrovních plní úkoly podobným způsobem.

Oba využívají sílu elektrického potenciálu k provádění různých operací. V počítačích je to ve formě poměrně jednoduchého toku elektronů křižovatkami zvanými tranzistory.

V neuronech je signál ve formě vlny otevíracích a uzavíracích kanálů, které si vyměňují nabité částice, jako je sodík, chlorid a draslík. Tento pulz tekoucích iontů se nazývá Pracovní potenciál.

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

Dendrity jsou základem porozumění mozku, protože jsou jádrem toho, co určuje výpočetní sílu jednotlivých neuronů. Matthew Larcom to řekl Walterovi Beckwithovi v Americké asociaci pro rozvoj vědy v lednu 2020.

Dendrity jsou dopravní signály našeho nervového systému. Pokud je akční potenciál dostatečně velký, lze jej přenést na další nervy, které mohou zprávu buď zablokovat, nebo přenést.

Toto jsou důvody pro náš mozek – vlnky napětí, které lze společně sdělit ve dvou formách: buď A zpráva (pokud x A y je zapnuto, zpráva je předána); nebo a nebo zpráva (pokud x nebo y je spuštěno, zpráva je předána).

Nikde nelze složitěji říci než hustá, zvrásněná vnější část lidského centrálního nervového systému; mozková kůra. Druhá a třetí hluboká vrstva jsou obzvláště silné a nabité větvemi, které vykonávají funkce na vysoké úrovni, které spojujeme s pocitem, myšlenkou a ovládáním motoru.

Vědci se podrobněji podívali na tkáně těchto vrstev a připojili buňky k zařízení zvanému synapse somatických neuronových náplastí, aby posílaly energetické potenciály nahoru a dolů po každém neuronu a zaznamenávaly jejich signály.

„Nastal okamžik„ heuréky “, když jsme poprvé viděli potenciál dendritické akce,“ Řekl Larcom.

Aby se ujistili, že jakékoli nálezy nejsou jedinečné pro lidi s epilepsií, přezkoumali své nálezy v několika vzorcích z mozkových nádorů.

Zatímco tým provedl podobné experimenty na myších, typy signálů, které pozorovali při cestování lidskými buňkami, byly velmi odlišné.

Důležité je, že když dávkovali buňkám blokátor sodíkových kanálů zvaný tetrodotoxin, stále našli signál. Pouhým blokováním vápníku se všichni uklidnili.

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

Kromě logiky A A neboPodle typu funkcí mohou tyto jednotlivé neurony fungovat ‚výhradní‘ nebo (XOR) křižovatky, který umožňuje signál pouze v případě, že je určitý signál kategorizován určitým způsobem.

„Tradičně, XOR Předpokládá se, že tento proces vyžaduje síťové řešení, “ Vědci napsali كتب.

Je třeba udělat více práce, abychom zjistili, jak se dCaAP chovají napříč celými neurony a v živém systému. Nemluvě o tom, jestli to bylo něco lidského, nebo jestli se podobné mechanismy vyvinuly jinde ve zvířecí říši.

Technologie také hledá v našem nervovém systému inspiraci, jak vyvíjet lepší zařízení; Vědomí, že naše jednotlivé buňky mají v rukávech několik dalších triků, by mohlo vést k novým způsobům síťových tranzistorů.

Jak se tento nový logický nástroj převádí v jednom neuronu na vyšší funkce, je otázkou, na kterou budou budoucí vědci odpovídat.

Tento výzkum byl publikován v Věda.

Verze tohoto článku byla původně publikována v lednu 2020.