Zinātnieki ir spējuši identificēt unikālu šūnu ziņojumapmaiņas veidu, kas notiek cilvēka smadzenēs. Tas atklāj, cik daudz mums vēl ir jāmācās par tās noslēpumaino iekšējo darbību.
Interesanti, ka šis atklājums liecina, ka mūsu smadzenes var būt jaudīgākas skaitļošanas vienības, nekā mēs iedomājāmies.
2020. gadā pētnieki no institūtiem Vācijā un Grieķijā ziņoja par mehānismu smadzeņu ekstracelulārajās garozas šūnās, kas rada jaunu “gradienta” signālu, kas varētu nodrošināt atsevišķu neironu citu veidu, kā veikt savas loģiskās funkcijas.
Izmērot elektrisko aktivitāti epilepsijas slimnieku operācijas laikā izņemtajās audu daļās un analizējot to struktūru ar fluorescences mikroskopiju, neirozinātnieki atklājuši, ka atsevišķas smadzeņu garozas šūnas aizdedzina ne tikai parastos nātrija jonus, bet arī kalciju.
Šī pozitīvi lādēto jonu kombinācija izraisīja elektriska potenciāla viļņus, kas nekad agrāk nebija redzēti, ko dēvē par kalcija mediētiem dendritiskajiem darbības potenciāliem vai dCaAP.
Smadzenes – īpaši cilvēku sugas – bieži tiek salīdzinātas ar datoriem. Patiešām, šim mērījumam ir savi ierobežojumi, taču dažos līmeņos ierīces savus uzdevumus veic līdzīgi.
Abi izmanto elektriskā sprieguma jaudu, lai veiktu dažādas darbības. Datoros tā ir vienkārša elektronu plūsma caur savienojumiem, ko sauc par tranzistoriem.
Neironos signāls ir atvērtu un slēgtu kanālu viļņa veidā, kas apmainās ar lādētām daļiņām, piemēram, nātriju, hlorīdu un kāliju. Šo plūstošo jonu impulsu sauc par impulsu Darbības potenciāls.
Tranzistoru vietā neironi ķīmiski vada šos ziņojumus zaru galā, ko sauc par dendritiem.
“Neironu dendriti ir būtiski, lai izprastu smadzenes, jo tie veido kodolu tam, kas nosaka atsevišķu neironu skaitļošanas jaudu,” saka Humbolta universitātes neirozinātnieks. Metjū Larkoms pastāstīja Valteram Bekvitam Amerikas Zinātnes attīstības asociācijā 2020. gada janvārī.
Neironu dendriti ir mūsu nervu sistēmas satiksmes signāli. Ja darbības potenciāls ir pietiekami liels, to var pārnest uz citiem nerviem, kas var bloķēt vai pārraidīt ziņojumu.
Tāds ir mūsu smadzeņu darbības pamatojums – elektriskā sprieguma viļņošanās, ko var kopīgi paziņot divos veidos: vai nu Un ziņojums (ja x Un Ja tas ir ieslēgts, ziņojums tiek nodots); vai vai ziņojums (ja x vai y tiek palaists un ziņojums tiek nodots).
Tas noteikti ir sarežģītāk nekā jebkur citur cilvēka centrālās nervu sistēmas blīvajā, saburzītajā ārējā daļā; Smadzeņu garoza. Otrais un trešais dziļākais slānis ir īpaši biezs, piepildīts ar zariem, kas veic augstāka līmeņa funkcijas, kuras mēs saistām ar sajūtu, domu un kustību kontroli.
Pētnieki rūpīgi pētīja šo slāņu audus, savienojot šūnas ar ierīci, ko sauc par dendritisko somatisko plākstera skavu, lai nosūtītu aktīvos potenciālus uz augšu un uz leju katrā neironā, reģistrējot tā signālus.
“Bija pārsteidzošs eureka brīdis, kad mēs pirmo reizi redzējām dendrītu darbības potenciālu,” Larkom teica.
Lai pārliecinātos, ka atklājumi nav unikāli cilvēkiem ar epilepsiju, viņi atkārtoti pārbaudīja savus atradumus nelielā skaitā paraugu, kas ņemti no smadzeņu audzējiem.
Kamēr komanda veica līdzīgus eksperimentus Uz pelēmSignālu veidi, ko viņi novēroja caur cilvēka šūnām, bija ļoti dažādi.
Vēl svarīgāk ir tas, ka, ievadot šūnām nātrija kanālu blokatora devu, ko sauc par tetrodotoksīnu, viņi atrada signālu. Viss nomierinājās tikai ar kalcija ieturēšanu.
Kalcija izraisīta darbības potenciāla atklāšana ir pietiekami interesanta. Bet modelējot veidu, kā šis jutīgais jaunais signāls darbojas smadzeņu garozā, ir atklājies pārsteigums.
Papildus loģiskajam Un Un vai– tipa funkcijas, šie atsevišķie neironi var darboties kā 'ekskluzīvs' vai (XOR) krustojumikas pieļauj signālu tikai tad, ja cits signāls ir klasificēts ar noteiktu stilu.
“Tradicionāli, XOR “Tika uzskatīts, ka procesam ir nepieciešams tīkla risinājums.” Pētnieki rakstīja.
Ir jāpieliek lielākas pūles, lai saprastu, kā dCaAP proteīni uzvedas visos neironos un dzīvā sistēmā. Nemaz nerunājot par to, vai šīs olbaltumvielas ir cilvēka radītas, vai līdzīgi mehānismi ir attīstījušies citur dzīvnieku valstībā.
Tehnoloģija arī meklē mūsu nervu sistēmu, lai gūtu iedvesmu, kā izstrādāt labākas ierīces; Zinot, ka mūsu atsevišķām šūnām zem piedurknēm ir vairāk triku, var rasties jauni tranzistoru savienošanas veidi.
Kā šis jaunais spriešanas rīks, kas iestrādāts vienā neironā, tiek pārvērsts augstākās funkcijās, ir jautājums, uz kuru nāksies atbildēt nākamajiem pētniekiem.
Šis pētījums tika publicēts Zinātnes.
Šī raksta sākotnējā versija tika publicēta 2020. gada janvārī.
