Ученые обнаружили неизвестный ранее тип сигнала, возникающий в мозге человека

Ученые обнаружили уникальную форму обмена сообщениями между клетками в человеческом мозге, которая раньше не наблюдалась.

Захватывающе, открытие намекает, что наш мозг может быть даже более мощной вычислительной единицой, чем мы думали.

Исследователи из институтов в Германии и Греции обнаружили механизм во внешних клетках коры головного мозга, который самостоятельно генерирует новый «градуированный» сигнал, дающий отдельным нейронам еще один способ выполнять свои логические функции.

Измеряя электрическую активность в срезах ткани, удаленной во время операции на пациентах с эпилепсией, и анализируя их структуру с помощью флуоресцентной микроскопии, неврологи обнаружили, что отдельные клетки в коре использовали не только обычные ионы натрия для работы, но и кальций.

Эта комбинация положительно заряженных ионов запускает волны напряжения, которые раньше никогда не наблюдались, называемые опосредованными кальцием потенциалами дендритного действия, или dCaAPs.

Мозг, особенно человеческий, часто сравнивают с компьютером. Аналогия имеет свои пределы, но на некоторых уровнях они выполняют задачи аналогичным образом.

Оба используют мощность электрического напряжения для выполнения различных операций. В компьютерах это происходит в виде довольно простого потока электронов через пересечения, называемые транзисторами.

В нейронах сигнал находится в форме волны открывающихся и закрывающихся каналов, которые обмениваются заряженными частицами, такими как натрий, хлорид и калий. Этот импульс протекающих ионов называется потенциалом действия.

Вместо транзисторов нейроны управляют этими сообщениями химически в конце ветвей, называемых дендритами.

«Дендриты играют центральную роль в изучении мозга, потому что они лежат в основе того, что определяет вычислительную мощность отдельных нейронов», — сказал нейробиолог Университета Гумбольдта Мэтью Ларкум Уолтеру Беквиту из Американской ассоциации развития науки.

Дендриты являются светофорами нашей нервной системы. Если потенциал действия достаточно велик, его можно передать другим нервам, которые могут блокировать или передавать сообщение.

Это логическая основа нашего мозга — пульсации напряжения, которые могут передаваться коллективно в двух формах: либо сообщение И (если инициируются x и y, сообщение передается); или сообщение ИЛИ (если сработал x или y, сообщение передается).

Возможно, нигде это не является более сложным, чем в плотном, морщинистом наружном отделе центральной нервной системы человека — коре головного мозга. Более глубокие второй и третий слои особенно толстые, заполнены ветвями, которые выполняют функции высокого порядка, которые мы связываем с ощущением, мыслью и управлением движениями.

Исследователи внимательно изучили ткани этих слоев, подключив клетки к устройству, называемому соматодендритным пластырем, для отправки активных потенциалов вверх и вниз по каждому нейрону, записывая их сигналы.

«Был момент, когда мы впервые увидели потенциалы дендритного действия», — сказал Ларкум.

Чтобы гарантировать, что любые открытия не были уникальными для людей с эпилепсией, они дважды проверили свои результаты в горстке образцов, взятых из опухолей головного мозга.

В то время как команда проводила подобные эксперименты на крысах, виды сигналов, которые они наблюдали, проходящие сквозь клетки человека, были очень разными.

Что еще более важно, когда блокировали натриевые каналы, они все еще находили сигнал. Только блокируя кальций, все клетки замолкали.

Найти потенциал действия, опосредованный кальцием, достаточно интересно. Но моделирование работы этого чувствительного нового типа сигнала в коре выявило неожиданность.

В дополнение к логическим функциям И и ИЛИ, эти отдельные нейроны могут действовать как «исключительные» пересечения, которые пропускают сигнал только тогда, когда другой сигнал оценивается определенным образом.

Это исследование было опубликовано в журнале Science.

Источники: Фото: KTSDESIGN/Science Photo Library/Getty Images