RW Space

Ученые обнаружили уникальную форму обмена сообщениями между клетками, происходящую в мозге человека, которая ранее не наблюдалась. Это открытие намекает на то, что наш мозг может быть даже более мощным вычислительным устройством, чем мы думали.

В начале прошлого года исследователи из институтов Германии и Греции сообщили о механизме во внешних корковых клетках мозга, который сам по себе производит новый «градуированный» сигнал, который предоставляет отдельным нейронам еще один способ выполнения своих логических функций.

Измеряя электрическую активность на участках ткани, удаленной во время операции у пациентов с эпилепсией, и анализируя их структуру с помощью флуоресцентной микроскопии, неврологи обнаружили, что отдельные клетки коры головного мозга используют не только обычные ионы натрия, но и кальций.

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

Мозги — особенно человеческие — часто сравнивают с компьютерами. У аналогии есть свои пределы, но на некоторых уровнях они выполняют задачи аналогичным образом.

И мозг и компьютер используют силу электрического напряжения для выполнения различных операций. В компьютерах это представляет собой довольно простой поток электронов через перекрестки, называемые транзисторами.

В нейронах сигнал имеет форму волны открытия и закрытия 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 на концах ветвей, называемых дендритами.

«Дендриты играют центральную роль в понимании мозга, потому что они лежат в основе того, что определяет вычислительную мощность отдельных нейронов», — сказал нейробиолог из Университета Гумбольдта Мэтью Ларкум Уолтеру Беквиту в Американской ассоциации содействия развитию науки в январе 2020 года.

Дендриты — это светофоры нашей нервной системы. Если потенциал действия достаточно велик, он может быть передан другим нервам, которые могут заблокировать или передать сообщение.

Это логическая основа нашего мозга — колебания напряжения, которые могут передаваться вместе в двух формах: либо сообщение И (если срабатывают x и y, сообщение передается); или сообщение ИЛИ (если срабатывает x или y, сообщение передается).

Более глубокие второй и третий слои особенно толстые, они заполнены ветвями, которые выполняют функции высокого порядка, которые мы связываем с ощущениями, мыслями и контролем моторики.

Исследователи внимательно изучали ткани из этих слоев, подключая клетки к устройству, называемому соматодендритным пластырем, чтобы посылать активные потенциалы вверх и вниз по каждому нейрону, записывая их сигналы.

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

Хотя команда проводила аналогичные эксперименты на крысах, типы сигналов, которые они наблюдали , были очень разными.

Что еще более важно, когда они вводили в клетки блокатор натриевых каналов, называемый тетродотоксином, они все же обнаружили сигнал. Только заблокировав кальций, наступала тишина.

Достаточно интересно найти потенциал действия, опосредованный кальцием. Но моделирование того, как этот новый чувствительный сигнал работает в коре головного мозга, обнаружило сюрприз.

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

Необходимо проделать дополнительную работу, чтобы увидеть, как dCaAP ведут себя во всех нейронах и в живой системе. Не говоря уже о том, связано ли это с человеком или аналогичные механизмы развились где-то еще в животном мире.

Как именно этот новый логический инструмент, сжатый в одну нервную клетку, переводится в высшие функции, — это вопрос, на который предстоит ответить будущим исследователям.

Это исследование было опубликовано в журнале Science.