Nel cervello umano è stato scoperto un tipo di segnale mai visto prima

Gli scienziati hanno scoperto una forma unica di messaggistica cellulare che si verifica nel cervello umano che non è mai stata vista prima. È interessante notare che questa scoperta suggerisce che i nostri cervelli potrebbero essere unità di calcolo più potenti di quanto pensassimo.

All’inizio dello scorso anno, ricercatori di istituti in Germania e Grecia hanno segnalato un meccanismo nelle cellule corticali esterne del cervello che produce da solo un nuovo segnale “gradiente”, che potrebbe altrimenti equipaggiare i singoli neuroni per svolgere le loro funzioni logiche.

Misurando l’attività elettrica in sezioni di tessuto rimosse durante l’intervento chirurgico su pazienti epilettici e analizzando la loro struttura mediante microscopia a fluorescenza, i neurologi hanno scoperto che le singole cellule della corteccia cerebrale utilizzano non solo i soliti ioni sodio per “sparare”, ma anche il calcio.

Questa combinazione di ioni caricati positivamente ha rilasciato onde di tensione mai viste prima, denominate potenziali d’azione dendritici mediati dal calcio o dCaAP.

I cervelli, specialmente quelli della specie umana, sono spesso paragonati ai computer. Questa analogia ha i suoi limiti, ma su alcuni livelli svolgono compiti in modo simile.

Entrambi utilizzano la potenza del potenziale elettrico per eseguire diverse operazioni. Nei computer, questo è sotto forma di un flusso abbastanza semplice di elettroni attraverso giunzioni chiamate transistor.

Nei neuroni, il segnale è sotto forma di un’onda di apertura e chiusura di canali che scambiano particelle cariche come sodio, cloruro e potassio. Questo impulso di ioni che scorre è chiamato Potenziale di lavoro.

Invece dei transistor, i neuroni conducono chimicamente questi messaggi all’estremità di rami chiamati dendriti.

I dendriti sono fondamentali per comprendere il cervello perché sono il nucleo di ciò che determina il potere computazionale dei singoli neuroni. Matthew Larcom ha detto a Walter Beckwith presso l’American Association for the Advancement of Science nel gennaio 2020.

I dendriti sono i segnali stradali del nostro sistema nervoso. Se il potenziale d’azione è abbastanza grande, può essere trasmesso ad altri nervi, che possono bloccare o trasmettere il messaggio.

Queste sono le motivazioni del nostro cervello: increspature di tensione che possono essere comunicate collettivamente in due forme: o E il messaggio (se x E il y è acceso, il messaggio è passato); o un o messaggio (se x o y viene attivato, il messaggio viene passato).

In nessun luogo può essere detto più intricato della parte esterna densa e rugosa del sistema nervoso centrale umano; corteccia cerebrale. Il secondo e il terzo strato profondo sono particolarmente spessi, ricchi di rami che svolgono funzioni di alto livello che associamo alla sensazione, al pensiero e al controllo motorio.

I ricercatori hanno esaminato più da vicino i tessuti di questi strati, attaccando le cellule a un dispositivo chiamato sinapsi neuronale somatica per inviare potenziali energetici su e giù per ciascun neurone, registrando i loro segnali.

“C’è stato un momento ‘eureka’ in cui abbiamo visto per la prima volta il potenziale dell’azione dendritica”, Larco ha detto.

Per assicurarsi che i risultati non fossero unici per le persone con epilessia, hanno rivisto i loro risultati in alcuni campioni di tumori cerebrali.

Mentre il team ha condotto esperimenti simili sui topi, i tipi di segnali che hanno osservato viaggiare attraverso le cellule umane erano molto diversi.

È importante sottolineare che quando hanno somministrato alle cellule un bloccante del canale del sodio chiamato tetrodotossina, hanno comunque trovato un segnale. Solo bloccando il calcio, tutti si sono calmati.

Trovare un potenziale d’azione mediato dal calcio è abbastanza interessante. Ma modellare il modo in cui questo nuovo tipo di segnale sensibile funziona nella corteccia ha rivelato una sorpresa.

Oltre alla logica E il E il oPer il tipo di funzioni, questi singoli neuroni possono funzionare ‘esclusivo’ o (XOR) incroci, che consente un segnale solo quando un altro segnale è classificato in un certo modo.

“Tradizionalmente, XOR Si ritiene che il processo richieda una soluzione di rete”, I ricercatori hanno scritto كتب.

È necessario lavorare di più per scoprire come si comportano i dCaAP su interi neuroni e in un sistema vivente. Per non parlare se fosse qualcosa di umano, o se meccanismi simili si fossero evoluti altrove nel regno animale.

La tecnologia guarda anche al nostro sistema nervoso per trovare ispirazione su come sviluppare dispositivi migliori; Sapere che le nostre singole celle hanno qualche altro asso nella manica potrebbe portare a nuovi modi per collegare in rete i transistor.

Il modo in cui questo nuovo strumento logico si traduce in un singolo neurone in funzioni superiori è una domanda a cui i futuri ricercatori dovranno rispondere.

Questa ricerca è stata pubblicata in Scienza.

Una versione di questo articolo è stata originariamente pubblicata nel gennaio 2020.