Naukowcy odkryli unikalną formę wiadomości komórkowych zachodzących w ludzkim mózgu, której nigdy wcześniej nie widziano. Co ciekawe, odkrycie to wskazuje, że nasze mózgi mogą być potężniejszymi jednostkami obliczeniowymi, niż nam się wydawało.
Na początku zeszłego roku naukowcy z instytutów w Niemczech i Grecji donieśli o mechanizmie w zewnętrznych komórkach korowych mózgu, który samodzielnie wytwarza nowy „gradientowy” sygnał, który w przeciwnym razie mógłby wyposażyć poszczególne neurony do wykonywania ich funkcji logicznych.
Mierząc aktywność elektryczną w skrawkach tkanki usuniętych podczas operacji u pacjentów z padaczką i analizując ich strukturę za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej, neurolodzy odkryli, że poszczególne komórki kory mózgowej wykorzystują nie tylko zwykłe jony sodu do „strzelania”, ale także wapń.
Ta kombinacja dodatnio naładowanych jonów uwalnia fale napięcia, których nigdy wcześniej nie widziano, określane jako dendrytyczne potencjały czynnościowe, w których pośredniczy wapń, lub dCaAP.
Mózgi – zwłaszcza te należące do gatunku ludzkiego – są często porównywane do komputerów. Ta analogia ma swoje ograniczenia, ale na niektórych poziomach wykonują zadania w podobny sposób.
Obaj wykorzystują moc potencjału elektrycznego do wykonywania różnych operacji. W komputerach ma to postać dość prostego przepływu elektronów przez złącza zwane tranzystorami.
W neuronach sygnał ma postać fali otwierających się i zamykających kanałów, które wymieniają naładowane cząstki, takie jak sód, chlorek i potas. Ten impuls płynących jonów nazywa się Potencjał pracy.
Zamiast tranzystorów, neurony przewodzą te wiadomości chemicznie na końcach gałęzi zwanych dendrytami.
Dendryty mają fundamentalne znaczenie dla zrozumienia mózgu, ponieważ stanowią rdzeń tego, co determinuje moc obliczeniową pojedynczych neuronów. Matthew Larcom powiedział Walterowi Beckwith w American Association for the Advancement of Science w styczniu 2020 r.
Dendryty to sygnały drogowe naszego układu nerwowego. Jeśli potencjał czynnościowy jest wystarczająco duży, może być przekazywany do innych nerwów, które mogą blokować lub przekazywać wiadomość.
To są powody dla naszych mózgów – tętnienia napięcia, które mogą być komunikowane zbiorowo w dwóch formach: albo A wiadomość (jeśli x A y jest włączone, wiadomość jest przekazywana); lub lub wiadomość (jeśli x lub y, wiadomość zostaje przekazana).
Nigdzie nie można tego powiedzieć bardziej zawile niż gęsta, pomarszczona zewnętrzna część ośrodkowego układu nerwowego człowieka; Kora mózgowa. Druga i trzecia głęboka warstwa są szczególnie grube, wypełnione gałęziami, które pełnią funkcje wysokiego poziomu, które kojarzymy z odczuciami, myślami i kontrolą motoryczną.
Naukowcy przyjrzeli się bliżej tkankom tych warstw, przyczepiając komórki do urządzenia zwanego synapsą somatycznej łaty neuronowej, aby wysyłać potencjały energetyczne w górę i w dół każdego neuronu, rejestrując ich sygnały.
„Był moment „eureka”, kiedy po raz pierwszy zobaczyliśmy potencjał działania dendrytycznego” Larcom powiedział.
Aby upewnić się, że jakiekolwiek odkrycia nie były unikalne dla osób z padaczką, przeanalizowali swoje odkrycia w kilku próbkach z guzów mózgu.
Podczas gdy zespół przeprowadził podobne eksperymenty na myszach, rodzaje sygnałów, które zaobserwowali przechodząc przez ludzkie komórki, były bardzo różne.
Co ważne, kiedy podawali komórkom bloker kanału sodowego zwany tetrodotoksyną, nadal znaleźli sygnał. Tylko blokując wapń, wszyscy się uspokoili.
Znalezienie potencjału czynnościowego, w którym pośredniczy wapń, jest wystarczająco interesujące. Jednak modelowanie sposobu, w jaki ten czuły nowy typ sygnału działa w korze mózgowej, ujawniło niespodziankę.
Oprócz logiki A A lubZe względu na rodzaj funkcji te poszczególne neurony mogą funkcjonować ’Ekskluzywny’ lub (XOR) skrzyżowania, który dopuszcza sygnał tylko wtedy, gdy inny sygnał jest sklasyfikowany w określony sposób.
„Tradycyjnie, XOR Uważa się, że proces wymaga rozwiązania sieciowego” Naukowcy napisali كتب.
Należy wykonać więcej pracy, aby dowiedzieć się, jak zachowują się dCaAP w całych neuronach iw żywym systemie. Nie wspominając o tym, czy było to coś ludzkiego, czy podobne mechanizmy wyewoluowały w innych częściach królestwa zwierząt.
Technologia zwraca się również do naszego układu nerwowego w poszukiwaniu inspiracji do tworzenia lepszych urządzeń; Świadomość, że nasze poszczególne komórki mają w zanadrzu kilka innych sztuczek, może prowadzić do nowych sposobów łączenia tranzystorów w sieć.
Jak to nowe narzędzie logiczne przekłada się w pojedynczym neuronie na wyższe funkcje, to pytanie, na które powinni odpowiedzieć przyszli badacze.
To badanie zostało opublikowane w Nauka.
Wersja tego artykułu została pierwotnie opublikowana w styczniu 2020 roku.
„Introwertyk. Myśliciel. Rozwiązuje problemy. Specjalista od złego piwa. Skłonny do apatii. Ekspert od mediów społecznościowych. Wielokrotnie nagradzany fanatyk jedzenia.”
