august 1, 2021

Nettnord.no

Næringsnett Nord-Troms

En aldri før sett type signaler har blitt oppdaget i den menneskelige hjerne

En aldri før sett type signaler har blitt oppdaget i den menneskelige hjerne

Forskere har oppdaget en unik form for mobilmeldinger som forekommer i den menneskelige hjerne som ikke har blitt sett før. Interessant, oppdagelsen antyder at hjernen vår kan være enda kraftigere beregningsenheter enn vi tror.

Tidligere i fjor rapporterte forskere fra institutter i Tyskland og Hellas om en mekanisme i de ytre kortikale cellene i hjernen som produserer et nytt “gradert” signal alene, en som kan gi individuelle nevroner en annen måte å utføre sine logiske funksjoner på.

Ved å måle elektrisk aktivitet i vevssnitt fjernet under kirurgi hos epileptiske pasienter og analysere strukturen deres ved hjelp av fluorescerende mikroskopi, fant nevrologer at individuelle celler i hjernebarken ikke bare brukte de vanlige natriumionene til å “fyre”, men også kalsium.

Denne kombinasjonen av positivt ladede ioner startet spenningsbølger som aldri hadde blitt sett før, kjent som kalsiummediert dendritisk handlingspotensial, eller dCaAP.

Hjerner, spesielt de av den menneskelige varianten, sammenlignes ofte med datamaskiner. Analogien har sine grenser, men på noen nivåer utfører de oppgaver på lignende måte.

Begge bruker kraften til en elektrisk spenning for å utføre forskjellige operasjoner. På datamaskiner er det i form av en ganske enkel strøm av elektroner gjennom kryss som kalles transistorer.

I nevroner er signalet i form av en bølge av åpnings- og lukkekanaler som utveksler ladede partikler som natrium, klorid og kalium. Denne fluidionpulsen kalles handlingspotensial.

I stedet for transistorer håndterer nevroner disse meldingene kjemisk på slutten av grener som kalles dendritter.

“Dendritter er grunnleggende for å forstå hjernen fordi de er kjernen i det som bestemmer beregningskraften til individuelle nevroner,” en nevrolog ved Humboldt University. Sa Matthew Larkum til Walter Beckwith ved American Association for the Advancement of Science i januar 2020.

READ  De hvite prikkene i dette bildet er ikke stjerner eller galakser. De er sorte hull

Dendritter er trafikklysene i nervesystemet vårt. Hvis et handlingspotensial er betydelig nok, kan det overføres til andre nerver, som kan blokkere eller overføre meldingen.

Dette er begrunnelsen for hjernen vår: spenningsbølger som kollektivt kan kommunisere på to måter: Y melding (hvis x Y og de aktiveres, meldingen overføres); eller a ELLER melding (hvis x eller og er aktivert, overføres meldingen).

Uten tvil er dette ingenting mer komplisert enn i den tette, rynkete ytre delen av det menneskelige sentralnervesystemet; hjernebarken. Det andre og tredje dypere laget er spesielt tykke, fullpakket med grener som utfører høyere ordensfunksjoner som vi forbinder med sensasjon, tenking og motorisk kontroll.

Det var vevet i disse lagene som forskerne fulgte nøye med, og koblet cellene til en enhet som ble kalt en somatodendritisk patchklemme for å sende aktive potensialer opp og ned hver nevron, og registrere signalene deres.

“Det var et” eureka “øyeblikk da vi første gang så dendritiske handlingspotensialer,” Sa Larkum.

For å sikre at funnene ikke var unike for personer med epilepsi, sjekket de resultatene sine på en håndfull prøver tatt fra hjernesvulster.

Mens teamet hadde gjennomført lignende eksperimenter hos rottervar de forskjellige signalene de observerte som surret gjennom menneskeceller.

Enda viktigere, da de doserte cellene med en natriumkanalblokker kalt tetrodotoksin, fant de fremdeles et signal. Bare blokkering av kalsium, alt roet seg.

Å finne et kalsiummediert handlingspotensial er ganske interessant. Men modellering av måten denne nye typen følsomt signal fungerte i hjernebarken, avslørte en overraskelse.

I tillegg til det logiske Y Y ELLER-type funksjoner, disse individuelle nevronene kan fungere som ‘eksklusiv’ ELLER (XOR) kryss, som bare tillater et signal når et annet signal er klassifisert på en bestemt måte.

READ  Hvorfor børsting av tennene dine riktig kan forhindre leddgikt

“Tradisjonelt har XOR operasjonen antas å kreve en nettverksløsning “, forskerne skrev.

Mer arbeid er nødvendig for å se hvordan dCaAPs oppfører seg i hele nevroner og i et levende system. For ikke å nevne om det er en menneskelig ting, eller om lignende mekanismer har utviklet seg andre steder i dyreriket.

Teknologi ser også på vårt eget nervesystem for inspirasjon til hvordan vi kan utvikle bedre maskinvare; Å vite at våre egne individuelle celler har noen flere triks i ermene, kan føre til nye måter å koble transistorer på.

Nøyaktig hvordan dette nye logiske verktøyet komprimert til en enkelt nervecelle oversettes til overlegne funksjoner, er et spørsmål som fremtidige forskere må svare på.

Denne forskningen ble publisert i Vitenskap.

En versjon av denne artikkelen ble opprinnelig publisert i januar 2020.