İnsan beyninde türünün ilk örneği olan sinyalin keşfi: ScienceAlert

Bilim insanları, insan beyninde meydana gelen benzersiz bir hücresel mesajlaşma biçimini tanımlamayı başardılar. Gizemli iç işleyişi hakkında hâlâ ne kadar çok şey öğrenmemiz gerektiğini ortaya koyuyor.

İlginç bir şekilde bu keşif, beynimizin sandığımızdan daha güçlü hesaplama birimleri olabileceğini öne sürüyor.

2020’de Almanya ve Yunanistan’daki enstitülerden araştırmacılar, beynin hücre dışı kortikal hücrelerinde, kendine ait yeni bir “gradyan” sinyali üreten bir mekanizma olduğunu bildirdi; bu sinyal, bireysel nöronlara mantıksal işlevlerini yerine getirmeleri için başka bir yol sağlayabilecek.

Epilepsi hastalarında ameliyat sırasında alınan doku bölümlerindeki elektriksel aktiviteyi ölçen ve floresan mikroskobu kullanarak yapılarını analiz eden sinir bilimciler, serebral korteksteki tek tek hücrelerin ateşleme için yalnızca olağan sodyum iyonlarını değil aynı zamanda kalsiyumu da kullandığını buldular.

Pozitif yüklü iyonların bu kombinasyonu, kalsiyum aracılı dendritik aksiyon potansiyelleri veya dCaAP’ler olarak adlandırılan, daha önce hiç görülmemiş elektriksel potansiyel dalgalarını tetikledi.

Beyinler, özellikle de insan türünün beyinleri sıklıkla bilgisayarlarla karşılaştırılır. Aslında bu ölçümün de sınırlamaları var ancak bazı düzeylerde cihazlar görevlerini benzer şekilde yerine getiriyor.

Her ikisi de farklı işlemleri gerçekleştirmek için elektrik voltajının gücünü kullanır. Bilgisayarlarda bu, transistör adı verilen bağlantı noktalarından geçen basit bir elektron akışıdır.

Nöronlarda sinyal, sodyum, klorür ve potasyum gibi yüklü parçacıkların değişimini sağlayan açık ve kapalı kanallardan oluşan bir dalga biçimindedir. Akan iyonların bu darbesine darbe denir Aksiyon potansiyeli.

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

Humboldt Üniversitesi’nden sinir bilimci, “Nöron dendritleri beyni anlamak için temel öneme sahiptir çünkü bireysel nöronların hesaplama gücünü belirleyen şeyin çekirdeğini oluştururlar” diyor. Matthew Larcom Walter Beckwith’e söyledi Ocak 2020’de Amerikan Bilimi İlerletme Derneği’nde.

Sinir dendritleri sinir sistemimizdeki trafik sinyalleridir. Aksiyon potansiyeli yeterince büyükse, mesajı bloke edebilecek veya iletebilecek diğer sinirlere iletilebilir.

Beynimizin mantığı budur; kolektif olarak iki biçimde iletilebilen elektrik voltajı dalgalanmaları: ya Ve mesaj (eğer x Ve Etkinleştirilirse mesaj iletilir); veya veya mesaj (eğer x veya y çalıştırılır ve mesaj iletilir).

Bu kesinlikle insan merkezi sinir sisteminin yoğun, buruşuk dış kısmındaki herhangi bir yerden daha karmaşıktır; Beyin zarı. İkinci ve üçüncü daha derin katmanlar özellikle kalındır ve duyum, düşünce ve hareket kontrolü ile ilişkilendirdiğimiz daha üst düzey işlevleri yerine getiren dallarla doludur.

Araştırmacılar bu katmanların dokusunu yakından incelediler ve hücreleri dendritik somatik yama kelepçesi adı verilen bir cihaza bağlayarak her bir nörona aktif potansiyelleri yukarı ve aşağı göndererek sinyallerini kaydettiler.

“Dendritik aksiyon potansiyellerini ilk gördüğümüzde inanılmaz bir eureka anı yaşandı” Larcom dedi ki.

Herhangi bir bulgunun epilepsi hastalarına özgü olmadığından emin olmak için, bulgularını beyin tümörlerinden alınan az sayıda örnek üzerinde yeniden doğruladılar.

Ekip benzer deneyler yaparken Farelerdeİnsan hücrelerinde gözlemledikleri sinyal türleri çok farklıydı.

Daha da önemlisi, hücrelere tetrodotoksin adı verilen sodyum kanal blokerinden bir doz verdiklerinde bir sinyal buldular. Her şey ancak kalsiyumun kesilmesiyle sakinleşti.

Kalsiyum aracılı aksiyon potansiyelinin keşfi yeterince ilginçtir. Ancak bu hassas yeni tip sinyalin serebral korteksteki çalışma şeklini modellemek bir sürprizi ortaya çıkardı.

Mantıksal olmanın yanı sıra Ve Ve veya– tip fonksiyonlar, bu bireysel nöronlar şu şekilde hareket edebilir: ‘Özel’ veya (XOR) kavşaklaryalnızca başka bir sinyal belirli bir stille sınıflandırıldığında bir sinyale izin verir.

“Geleneksel olarak XOR “Sürecin bir ağ çözümü gerektirdiğine inanılıyordu.” Araştırmacılar yazdı.

dCaAP proteinlerinin tüm nöronlarda ve canlı bir sistemde nasıl davrandığını anlamak için daha fazla çabaya ihtiyaç var. Bu proteinlerin insan yapımı olup olmadığından ya da benzer mekanizmaların hayvanlar aleminin başka yerlerinde de evrimleşmiş olup olmadığından bahsetmiyorum bile.

Teknoloji aynı zamanda daha iyi cihazların nasıl geliştirileceği konusunda ilham almak için sinir sistemimize de bakıyor; Bireysel hücrelerimizin daha fazla hileye sahip olduğunu bilmek, transistörleri birbirine bağlamanın yeni yollarına yol açabilir.

Tek bir nörona yerleştirilmiş bu yeni akıl yürütme aracının daha yüksek işlevlere nasıl dönüştüğü, gelecekteki araştırmacıların cevaplaması gereken bir sorudur.

Bu araştırma şu tarihte yayınlandı: Bilimler.

Bu makalenin orijinal versiyonu Ocak 2020’de yayınlandı.