Scoperta di un segnale primo nel suo genere nel cervello umano: ScienceAlert

Gli scienziati sono stati in grado di identificare una forma unica di messaggistica cellulare che si verifica nel cervello umano. Rivela quanto dobbiamo ancora imparare sui suoi misteriosi meccanismi interni.

È interessante notare che questa scoperta suggerisce che i nostri cervelli potrebbero essere unità computazionali più potenti di quanto immaginassimo.

Nel 2020, ricercatori di istituti tedeschi e greci hanno riferito di un meccanismo nelle cellule corticali extracellulari del cervello che produce un nuovo segnale “gradiente”, un segnale che potrebbe fornire ai singoli neuroni un altro modo per svolgere le loro funzioni logiche.

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

Questa combinazione di ioni caricati positivamente ha innescato onde di potenziale elettrico mai viste prima, chiamate potenziali d’azione dendritici mediati dal calcio o dCaAP.

I cervelli – soprattutto quelli della specie umana – sono spesso paragonati ai computer. In effetti, questa misurazione ha i suoi limiti, ma ad alcuni livelli i dispositivi svolgono i loro compiti in modo simile.

Entrambi utilizzano la potenza della tensione elettrica per eseguire diverse operazioni. Nei computer, questo è un semplice flusso di elettroni attraverso giunzioni chiamate transistor.

Nei neuroni, il segnale è sotto forma di un’onda di canali aperti e chiusi che si scambiano particelle cariche come sodio, cloruro e potassio. Questo impulso di ioni fluenti è chiamato impulso Potenziale d’azione.

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

“I dendriti neuronali sono fondamentali per comprendere il cervello perché costituiscono il nucleo di ciò che determina la potenza computazionale dei singoli neuroni”, afferma il neuroscienziato dell’Università Humboldt. Matthew Larcom lo ha detto a Walter Beckwith All’American Association for the Advancement of Science nel gennaio 2020.

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

Questa è la logica del nostro cervello: increspature di tensione elettrica che possono essere comunicate collettivamente in due forme: o E messaggio (se x E Se acceso il messaggio viene passato); O O messaggio (se x O y viene eseguito e il messaggio viene passato).

Questo è certamente più complesso che in qualsiasi altra parte della densa e rugosa sezione esterna del sistema nervoso centrale umano; Corteccia cerebrale. Il secondo e il terzo strato più profondo sono particolarmente spessi, pieni di rami che svolgono funzioni di livello superiore che associamo alla sensazione, al pensiero e al controllo del movimento.

I ricercatori hanno esaminato attentamente il tessuto di questi strati, collegando le cellule a un dispositivo chiamato patch clamp somatico dendritico per inviare potenziali attivi su e giù per ciascun neurone, registrandone i segnali.

“C’è stato uno straordinario momento di eureka quando abbiamo visto per la prima volta i potenziali d’azione dendritici”, Ha detto Larcom.

Per assicurarsi che i risultati non fossero esclusivi delle persone con epilessia, hanno nuovamente verificato i loro risultati in un piccolo numero di campioni prelevati da tumori al cervello.

Mentre il team ha condotto esperimenti simili Sui topiI tipi di segnali che hanno osservato ronzare attraverso le cellule umane erano molto diversi.

Ancora più importante, quando hanno somministrato alle cellule una dose di un bloccante dei canali del sodio chiamato tetrodotossina, hanno trovato un segnale. Tutto si è calmato solo trattenendo il calcio.

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

Oltre che logico E E O– funzioni di tipo, come questi singoli neuroni possono agire ‘Esclusivo’ O (XOR) intersezioniche consente un segnale solo quando un altro segnale è classificato con un determinato stile.

“Tradizionalmente, XOR “Si credeva che il processo richiedesse una soluzione di rete.” I ricercatori hanno scritto.

Sono necessari ulteriori sforzi per comprendere come si comportano le proteine ​​dCaAP negli interi neuroni e in un sistema vivente. Per non parlare se queste proteine ​​sono prodotte dall’uomo o se meccanismi simili si sono 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 cellule hanno più asso nella manica potrebbe portare a nuovi modi di interconnettere i transistor.

Il modo in cui questo nuovo strumento di ragionamento incorporato in un singolo neurone si traduce in funzioni più elevate è una domanda a cui i futuri ricercatori dovranno rispondere.

Questa ricerca è stata pubblicata in Scienze.

La versione originale di questo articolo è stata pubblicata nel gennaio 2020.