Skip to main content

Naukowcy zidentyfikowali unikalną formę komunikacji komórek w ludzkim mózgu, co podkreśla, jak wiele jeszcze musimy się nauczyć o jego funkcjonowaniu. Odkrycie sugeruje, że nasze mózgi mogą być jeszcze potężniejszymi jednostkami obliczeniowymi, niż sądziliśmy.

W 2020 roku badacze z Niemiec i Grecji opisali mechanizm w komórkach kory mózgowej, który generuje nowy, „gradacyjny” sygnał samodzielnie. Ten mechanizm może dostarczać pojedynczym neuronom nowego sposobu realizacji ich funkcji logicznych.

Analizując aktywność elektryczną w tkankach usuniętych podczas operacji u pacjentów z epilepsją oraz badając ich strukturę za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej, neurolodzy odkryli, że komórki kory mózgowej używają nie tylko jonów sodu, ale także jonów wapnia. Ta kombinacja jonów wywołuje nowe fale napięcia, nazywane potencjałami czynnościowymi dendrytów mediowanymi wapniem (dCaAP).

Mózg często porównuje się do komputera, co ma swoje ograniczenia, ale na pewnym poziomie wykonuje on zadania w podobny sposób. Oba systemy wykorzystują napięcie elektryczne do przeprowadzania różnych operacji. W komputerach przepływ elektronów przez tranzystory, w neuronach – fala otwierających się i zamykających kanałów wymieniających naładowane cząstki, takie jak sód, chlor i potas.

Zamiast tranzystorów, neurony zarządzają tymi wiadomościami chemicznie na końcu gałęzi zwanych dendrytami. „Dendryty są kluczowe dla zrozumienia mózgu, ponieważ są centralnym elementem określającym moc obliczeniową pojedynczych neuronów,” powiedział neurobiolog Matthew Larkum z Uniwersytetu Humboldtów.

Dendryty pełnią funkcję sygnalizatorów świetlnych w naszym systemie nerwowym. Jeśli potencjał czynnościowy jest wystarczająco silny, może być przekazany do innych nerwów, które mogą go zablokować lub przekazać dalej. To jest logiczna podstawa naszego mózgu – fale napięcia, które mogą być komunikowane jako wiadomość typu AND (jeśli x i y są wyzwolone) lub OR (jeśli x lub y jest wyzwolone).

Najbardziej skomplikowane jest to w gęstej, pofałdowanej zewnętrznej części mózgu – korze mózgowej. Tkanki z tych warstw były dokładnie badane przez naukowców, którzy podłączali komórki do urządzenia zwanego somatodendrytycznym zaciskiem plastrów, aby wysyłać potencjały czynnościowe w górę i w dół każdego neuronu, rejestrując ich sygnały.

Odkrycie potencjału czynnościowego mediowanego wapniem było niespodzianką. Gdy komórki były traktowane blokerem kanałów sodowych zwanym tetrodotoksyną, nadal wykrywano sygnał. Dopiero blokowanie wapnia powodowało ciszę.

Modelowanie działania tego nowego rodzaju sygnału w korze ujawniło, że te pojedyncze neurony mogą działać jako wyłączne OR (XOR) skrzyżowania, które pozwalają na sygnał tylko wtedy, gdy inny sygnał jest gradacyjny w określony sposób.

Technologia czerpie inspirację z naszego układu nerwowego do rozwijania lepszych urządzeń. Wiedza o tym, że nasze komórki mają jeszcze kilka sztuczek, może prowadzić do nowych sposobów na sieciowanie tranzystorów.

Źródło: Science Alert