Οι νευροεπιστήμονες έχουν ανακαλύψει μια νέα διαδικασία σήματος στον εγκέφαλο που προτείνουν ότι μπορεί να είναι το κλειδί για αυτό που μας κάνει ανθρώπους.
Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι ένα πολύπλοκο σύστημα κυττάρων που ονομάζεται νευρώνες που ανταλλάσσουν πληροφορίες χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά και χημικά σήματα. Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Science, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ορισμένα κύτταρα στον ανθρώπινο εγκέφαλο μεταδίδουν σήματα με τρόπο που δεν παρατηρείται στα αντίστοιχα κύτταρα των τρωκτικών.
Οι αποδεδειγμένες διαφορές στον άνθρωπο σε σύγκριση με άλλους εγκεφάλους των θηλαστικών μας βοηθούν να εντοπίσουμε γιατί ο ανθρώπινος εγκέφαλος μπορεί να είναι μοναδικός, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση και ακόμη καλύτερη μοντελοποίηση των μυών μας.
Οι ερευνητές εξέτασαν φέτες εγκεφάλων από ασθενείς που είχαν είτε επιληψία είτε όγκους. Επικεντρώθηκαν στους δενδρίτες - τις διακλαδικές επεκτάσεις των εγκεφαλικών κυττάρων που συνδέονται με άλλα εγκεφαλικά κύτταρα, επιτρέποντας την ανταλλαγή πληροφοριών - στο δεύτερο και το τρίτο στρώμα του φλοιού του εγκεφάλου (εξώτατο στρώμα).
Τα περισσότερα από αυτά που γνωρίζουμε για τους δενδρίτες προέρχονται από μελέτες τρωκτικών, οπότε η ευκαιρία να μελετήσουμε ανθρώπινα δείγματα είναι ζωτικής σημασίας. Οι ασθενείς με επιληψία επιλέχθηκαν λόγω χειρουργικών επεμβάσεων επιληψίας παρέχοντας αρκετό ιστό φλοιού για ανάλυση και τα δείγματα όγκων εξασφάλιζαν ότι τα αποτελέσματα δεν βρέθηκαν μόνο σε άτομα με επιληψία.
Χάρη στην επέκταση του ανθρώπινου εγκεφάλου, έχει έναν ασυνήθιστα πυκνό φλοιό (περίπου 3 χιλιοστά), ο οποίος είναι δυσανάλογα παχύς στη δεύτερη και στην τρίτη στρώση, οδηγώντας σε μεγάλα και περίτεχνα δενδριτικά δέντρα.
Η σύναψη είναι μια δομή που επιτρέπει την αποστολή ηλεκτρικών νευρικών παλμών μεταξύ δύο νευρώνων. Οι νευρώνες επικοινωνούν μέσω ηλεκτρικών συμβάντων που ονομάζονται "δυναμικά δράσης" - μια έκρηξη ηλεκτρικής δραστηριότητας όταν ένας νευρώνας στέλνει πληροφορίες μακριά από το κύτταρο. Εκατοντάδες συναπτικών εισροών σε έναν νευρώνα καθορίζουν αν προκύπτει αποτέλεσμα δράσης. Οι ενεργές ηλεκτρικές ιδιότητες αυτών των δενδριτών καθορίζουν τους πολυάριθμους μετασχηματισμούς από την συναπτική είσοδο σε δυναμικό δράσης, που σημαίνει ότι είναι το κλειδί για την υπολογιστική ισχύ ενός νευρώνα.
Η ομάδα χρησιμοποίησε έναν σφιγκτήρα για την κατασκευή ενός ηλεκτρικού κυκλώματος για τα κύτταρα και μιας τεχνικής απεικόνισης φθορισμού για να διερευνήσει τις ιδιότητες των κυττάρων. Ανακάλυψαν προηγουμένως άγνωστες κατηγορίες δυναμικού δράσης στους δενδριτών αυτών των νευρώνων, πράγμα που σημαίνει ότι η δραστηριότητά τους είναι πολύ πιο πολύπλοκη από ό, τι είχε πραγματοποιηθεί προηγουμένως.
Μεταξύ των αποκαλύψεων, οι ερευνητές σημείωσαν ότι ένα από τα νέα είδη δυναμικών δράσης ταξίδεψε χρησιμοποιώντας μόνο ιόντα ασβεστίου, αντί για ιόντα ασβεστίου και νατρίου, κάτι που δεν παρατηρήθηκε προηγουμένως σε κύτταρα θηλαστικού φλοιού.
Μελετούσαν τη συμπεριφορά των δυνατοτήτων δράσης δημιουργώντας ένα προσομοιωμένο από υπολογιστή μοντέλο και ανακάλυψαν μια άλλη εκπληκτική πτυχή - μπορούσαν να εκτελέσουν μια "υπολογιστική" λειτουργία που οι ερευνητές είχαν στο παρελθόν θεωρήσει ότι απαιτούσαν ένα ολόκληρο δίκτυο νευρώνων, όχι μόνο ένα. Αυτό, λένε, θα μπορούσε να έχει τεράστιες επιπτώσεις στα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα, καθώς θα μπορούσε να απλοποιήσει τους υπολογισμούς.
Η έρευνα έχει τους περιορισμούς της. Όπως επισημαίνει ο Gizmodo , οι ερευνητές δεν πρότειναν ένα πλήρες νευρώνα και το έργο διεξήχθη σε ανθρώπινα κύτταρα, όχι σε πραγματικούς ανθρώπους. Αυτό θα μπορούσε επίσης να σημαίνει ότι τα άλλα θηλαστικά έχουν το ίδιο σήμα, απλά δεν το έχουμε παρατηρήσει ακόμη σε εργαστηριακές συνθήκες. Ωστόσο, σχετικά με τη συνεχή αναζήτηση για το πώς και γιατί οι άνθρωποι είναι μοναδικοί, αυτό είναι ένα ενδιαφέρον βήμα.
[Η / Τ: Gizmodo ]
Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι ένα πολύπλοκο σύστημα κυττάρων που ονομάζεται νευρώνες που ανταλλάσσουν πληροφορίες χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά και χημικά σήματα. Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Science, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ορισμένα κύτταρα στον ανθρώπινο εγκέφαλο μεταδίδουν σήματα με τρόπο που δεν παρατηρείται στα αντίστοιχα κύτταρα των τρωκτικών.
Οι αποδεδειγμένες διαφορές στον άνθρωπο σε σύγκριση με άλλους εγκεφάλους των θηλαστικών μας βοηθούν να εντοπίσουμε γιατί ο ανθρώπινος εγκέφαλος μπορεί να είναι μοναδικός, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση και ακόμη καλύτερη μοντελοποίηση των μυών μας.
Οι ερευνητές εξέτασαν φέτες εγκεφάλων από ασθενείς που είχαν είτε επιληψία είτε όγκους. Επικεντρώθηκαν στους δενδρίτες - τις διακλαδικές επεκτάσεις των εγκεφαλικών κυττάρων που συνδέονται με άλλα εγκεφαλικά κύτταρα, επιτρέποντας την ανταλλαγή πληροφοριών - στο δεύτερο και το τρίτο στρώμα του φλοιού του εγκεφάλου (εξώτατο στρώμα).
Τα περισσότερα από αυτά που γνωρίζουμε για τους δενδρίτες προέρχονται από μελέτες τρωκτικών, οπότε η ευκαιρία να μελετήσουμε ανθρώπινα δείγματα είναι ζωτικής σημασίας. Οι ασθενείς με επιληψία επιλέχθηκαν λόγω χειρουργικών επεμβάσεων επιληψίας παρέχοντας αρκετό ιστό φλοιού για ανάλυση και τα δείγματα όγκων εξασφάλιζαν ότι τα αποτελέσματα δεν βρέθηκαν μόνο σε άτομα με επιληψία.
Χάρη στην επέκταση του ανθρώπινου εγκεφάλου, έχει έναν ασυνήθιστα πυκνό φλοιό (περίπου 3 χιλιοστά), ο οποίος είναι δυσανάλογα παχύς στη δεύτερη και στην τρίτη στρώση, οδηγώντας σε μεγάλα και περίτεχνα δενδριτικά δέντρα.
Η σύναψη είναι μια δομή που επιτρέπει την αποστολή ηλεκτρικών νευρικών παλμών μεταξύ δύο νευρώνων. Οι νευρώνες επικοινωνούν μέσω ηλεκτρικών συμβάντων που ονομάζονται "δυναμικά δράσης" - μια έκρηξη ηλεκτρικής δραστηριότητας όταν ένας νευρώνας στέλνει πληροφορίες μακριά από το κύτταρο. Εκατοντάδες συναπτικών εισροών σε έναν νευρώνα καθορίζουν αν προκύπτει αποτέλεσμα δράσης. Οι ενεργές ηλεκτρικές ιδιότητες αυτών των δενδριτών καθορίζουν τους πολυάριθμους μετασχηματισμούς από την συναπτική είσοδο σε δυναμικό δράσης, που σημαίνει ότι είναι το κλειδί για την υπολογιστική ισχύ ενός νευρώνα.
Η ομάδα χρησιμοποίησε έναν σφιγκτήρα για την κατασκευή ενός ηλεκτρικού κυκλώματος για τα κύτταρα και μιας τεχνικής απεικόνισης φθορισμού για να διερευνήσει τις ιδιότητες των κυττάρων. Ανακάλυψαν προηγουμένως άγνωστες κατηγορίες δυναμικού δράσης στους δενδριτών αυτών των νευρώνων, πράγμα που σημαίνει ότι η δραστηριότητά τους είναι πολύ πιο πολύπλοκη από ό, τι είχε πραγματοποιηθεί προηγουμένως.
Μεταξύ των αποκαλύψεων, οι ερευνητές σημείωσαν ότι ένα από τα νέα είδη δυναμικών δράσης ταξίδεψε χρησιμοποιώντας μόνο ιόντα ασβεστίου, αντί για ιόντα ασβεστίου και νατρίου, κάτι που δεν παρατηρήθηκε προηγουμένως σε κύτταρα θηλαστικού φλοιού.
Μελετούσαν τη συμπεριφορά των δυνατοτήτων δράσης δημιουργώντας ένα προσομοιωμένο από υπολογιστή μοντέλο και ανακάλυψαν μια άλλη εκπληκτική πτυχή - μπορούσαν να εκτελέσουν μια "υπολογιστική" λειτουργία που οι ερευνητές είχαν στο παρελθόν θεωρήσει ότι απαιτούσαν ένα ολόκληρο δίκτυο νευρώνων, όχι μόνο ένα. Αυτό, λένε, θα μπορούσε να έχει τεράστιες επιπτώσεις στα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα, καθώς θα μπορούσε να απλοποιήσει τους υπολογισμούς.
Η έρευνα έχει τους περιορισμούς της. Όπως επισημαίνει ο Gizmodo , οι ερευνητές δεν πρότειναν ένα πλήρες νευρώνα και το έργο διεξήχθη σε ανθρώπινα κύτταρα, όχι σε πραγματικούς ανθρώπους. Αυτό θα μπορούσε επίσης να σημαίνει ότι τα άλλα θηλαστικά έχουν το ίδιο σήμα, απλά δεν το έχουμε παρατηρήσει ακόμη σε εργαστηριακές συνθήκες. Ωστόσο, σχετικά με τη συνεχή αναζήτηση για το πώς και γιατί οι άνθρωποι είναι μοναδικοί, αυτό είναι ένα ενδιαφέρον βήμα.
[Η / Τ: Gizmodo ]