İnsan beyninde daha önce hiç görülmemiş bir sinyal türü keşfedildi

Bilim adamları, daha önce hiç görülmemiş, insan beyninde meydana gelen benzersiz bir hücresel mesajlaşma biçimi keşfettiler. İlginç bir şekilde, bu bulgu, beynimizin fark ettiğimizden daha güçlü hesaplama birimleri olabileceğini ima ediyor.

Geçen yılın başlarında, Almanya ve Yunanistan’daki enstitülerden araştırmacılar, beynin dış kortikal hücrelerinde, kendi başına yeni bir “gradyan” sinyali üreten, aksi takdirde bireysel nöronları mantıksal işlevlerini yerine getirmeleri için donatabilecek bir mekanizma bildirdiler.

Nörologlar, epilepsi hastalarında ameliyat sırasında çıkarılan doku bölümlerindeki elektriksel aktiviteyi ölçerek ve floresan mikroskopi kullanarak yapılarını analiz ederek, serebral korteksteki tek tek hücrelerin sadece “ateş etmek” için olağan sodyum iyonlarını değil aynı zamanda kalsiyumu da kullandığını bulmuşlardır.

Pozitif yüklü iyonların bu kombinasyonu, daha önce hiç görülmemiş, kalsiyum aracılı dendritik aksiyon potansiyelleri veya dCaAP’ler olarak adlandırılan voltaj dalgalarını serbest bıraktı.

Beyinler – özellikle insan türünün beyinleri – genellikle bilgisayarlarla karşılaştırılır. Bu benzetmenin sınırlamaları vardır, ancak bazı düzeylerde görevleri benzer şekillerde gerçekleştirirler.

Her ikisi de farklı işlemleri gerçekleştirmek için elektrik potansiyelinin gücünü kullanır. Bilgisayarlarda bu, transistör adı verilen bağlantılardan geçen oldukça basit bir elektron akışı biçimindedir.

Nöronlarda sinyal, sodyum, klorür ve potasyum gibi yüklü parçacıkların değiş tokuşunu yapan kanalların açılıp kapanması dalgası şeklindedir. Bu akan iyon darbesine denir iş potansiyeli.

Nöronlar, transistörler yerine bu mesajları kimyasal olarak dendrit adı verilen dalların ucunda iletir.

Dendritler beyni anlamak için esastır çünkü onlar tek nöronların hesaplama gücünü belirleyen şeyin özüdür. Matthew Larcom, Walter Beckwith’e şunları söyledi: Ocak 2020’de Amerikan Bilim İlerleme Derneği’nde.

Dendritler, sinir sistemimizin trafik işaretleridir. Aksiyon potansiyeli yeterince büyükse, mesajı bloke edebilen veya iletebilen diğer sinirlere iletilebilir.

Beynimizin gerekçeleri bunlardır – toplu olarak iki şekilde iletilebilen voltaj dalgalanmaları: ya Ve mesaj (eğer x Ve y açılır, mesaj iletilir); veya bir veya mesaj (eğer x veya y tetiklenir, mesaj iletilir).

Hiçbir yerde insan merkezi sinir sisteminin yoğun, buruşuk dış kısmından daha karmaşık bir şekilde söylenemez; beyin zarı. İkinci ve üçüncü derin katmanlar özellikle kalındır ve duyu, düşünce ve motor kontrol ile ilişkilendirdiğimiz üst düzey işlevleri yerine getiren dallarla doludur.

Araştırmacılar, bu katmanların dokularına daha yakından baktılar ve hücreleri somatik nöronal yama sinaps adı verilen bir cihaza bağlayarak, her bir nöronun yukarı ve aşağı enerjik potansiyellerini gönderip sinyallerini kaydettiler.

“Dendritik eylemin potansiyelini ilk gördüğümüzde bir ‘eureka’ anı vardı,” Larcom dedi.

Herhangi bir bulgunun epilepsi hastalarına özgü olmadığından emin olmak için bulgularını beyin tümörlerinden alınan birkaç örnekte gözden geçirdiler.

Ekip benzer deneyler yaparken fareler üzerinde, insan hücrelerinden geçerken gözlemledikleri sinyal türleri çok farklıydı.

Daha da önemlisi, hücrelere tetrodotoksin adı verilen bir sodyum kanal blokerini dozladıklarında yine de bir sinyal buldular. Sadece kalsiyumu bloke ederek herkes sakinleşti.

Kalsiyumun aracılık ettiği bir aksiyon potansiyeli bulmak yeterince ilginçtir. Ancak bu hassas yeni tip sinyalin kortekste çalışma şeklini modellemek bir sürprizi ortaya çıkardı.

mantığın yanı sıra Ve Ve veyaİşlev türüne göre, bu bireysel nöronlar işlev görebilir ‘özel’ veya (XOR) kavşaklar, yalnızca başka bir sinyal belirli bir şekilde kategorize edildiğinde bir sinyale izin verir.

“Geleneksel olarak, XOR Sürecin bir ağ çözümü gerektirdiğine inanılıyor.” Araştırmacılar كتب yazdı.

DCaAP’lerin tüm nöronlarda ve canlı bir sistemde nasıl davrandığını bulmak için daha fazla çalışma yapılması gerekiyor. İnsana ait bir şey mi yoksa hayvanlar aleminde başka bir yerde benzer mekanizmalar mı gelişti?

Teknoloji, daha iyi cihazların nasıl geliştirileceği konusunda ilham almak için sinir sistemimize de bakar; Bireysel hücrelerimizin kollarında birkaç başka numara olduğunu bilmek, transistör ağları için yeni yollara yol açabilir.

Bu yeni mantık aracının tek bir nöronda nasıl daha yüksek fonksiyonlara dönüştüğü, gelecekteki araştırmacıların cevaplaması gereken bir sorudur.

Bu araştırma yayınlandı Bilim.

Bu makalenin bir sürümü orijinal olarak Ocak 2020’de yayınlandı.