Accoppiamento elettrico cellulare: i campi elettrici regolano la funzione cerebrale

riepilogo: Gli scienziati hanno avanzato un’ipotesi chiamata “accoppiamento cellula-elettrico” secondo cui i campi elettrici all’interno del cervello possono manipolare i componenti delle subunità neuronali, migliorando la stabilità e l’efficienza della rete. Suggeriscono che questi domini consentono ai neuroni di sintonizzare la rete di elaborazione delle informazioni fino al livello molecolare.

Relativamente parlando, il processo è simile alle famiglie che organizzano la configurazione della TV per un’esperienza visiva perfetta. La teoria, che è aperta alla verifica, potrebbe far progredire notevolmente la nostra comprensione del funzionamento interno del cervello.

Aspetti principali:

1. L’ipotesi dell’accoppiamento citoelettrico suggerisce che i campi elettrici del cervello possono regolare la stabilità e l’efficienza della rete influenzando i componenti sub-neuroni.
2. La capacità del cervello di adattarsi a un mondo che cambia coinvolge proteine ​​e molecole che interagiscono con i campi elettrici generati dai neuroni.
3. Questa nuova teoria, che propone una connessione a livello microscopico nel cervello, è un’ipotesi verificabile che potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione del funzionamento del cervello.

fonte: Istituto Piccoer per l’apprendimento e la memoria

Per produrre le sue numerose funzioni, compreso il pensiero, il cervello opera su molti livelli. Informazioni come bersagli o immagini sono rappresentate da attività elettrica coordinata tra reti di neuroni, mentre dentro e intorno a ciascun neurone un cocktail di proteine ​​e altre sostanze chimiche esegue effettivamente i meccanismi coinvolti nella rete.

Un nuovo documento dei ricercatori del MIT, della City University – University of London e della Johns Hopkins University ipotizza che i campi elettrici di rete influenzino la configurazione fisica dei componenti subcellulari dei neuroni per migliorare la stabilità e l’efficienza della rete, un’ipotesi che gli autori chiamano “accoppiamento elettrico cellulare”. “

Earl K. ha detto: Miller, Picower Professor presso il Picower Institute for Learning and Memory del MIT, coautore dell’articolo in I progressi nelle neuroscienze Con l’assistente professore Dimitris Pinoutsis del MIT e della City University – University of London, e la professoressa Jane Friedman della Johns Hopkins.

“Il cervello si sta adattando a un mondo che cambia”, ha detto Benoutsis. “Anche le proteine ​​e le molecole cambiano. Possono avere cariche elettriche e devono mettersi al passo con i neuroni che elaborano, immagazzinano e trasmettono informazioni utilizzando segnali elettrici. L’interazione con i campi elettrici dei neuroni sembra essere essenziale”.

Pensare per domini

Il laboratorio di Miller si concentra principalmente sullo studio di come le funzioni cognitive di livello superiore come la memoria di lavoro possano emergere in modo rapido, flessibile e tuttavia affidabile dall’attività di milioni di singoli neuroni.

I neuroni sono in grado di modellare dinamicamente i circuiti creando e rimuovendo connessioni chiamate sinapsi, nonché rafforzando o indebolendo tali connessioni. Ma Miller ha affermato che questa è solo una “road map” attorno alla quale possono fluire le informazioni.

Miller ha scoperto che specifici circuiti neurali che rappresentano collettivamente un pensiero o un altro sono coordinati da un’attività ritmica, colloquialmente nota come “onde cerebrali” di frequenze diverse.

I ritmi “gamma” veloci aiutano a trasmettere immagini dalla nostra visione (ad esempio, una ciambella), mentre le onde “beta” più lente possono portare pensieri più profondi su quell’immagine (ad esempio, “troppe calorie”).

Il laboratorio di Miller ha dimostrato che esplosioni tempestive di queste onde possono portare previsioni e consentire la scrittura, la conservazione e la lettura di informazioni nella memoria di lavoro. Si blocca quando lo fa anche la memoria di lavoro.

Il laboratorio ha riportato prove che il cervello può manipolare esplicitamente i ritmi in specifici luoghi fisici per regolare ulteriormente i neuroni per la cognizione fluida, un concetto chiamato “calcolo spaziale”.

Un recente lavoro del laboratorio ha dimostrato che mentre la partecipazione dei singoli neuroni all’interno delle reti può essere volubile e inaffidabile, l’informazione trasportata dalle reti di cui fanno parte è invariabilmente rappresentata dai campi elettrici aggregati generati dalla loro attività collettiva.

Accoppiamento elettrico cellulare

Nel nuovo studio, gli autori hanno combinato questo modello dell’attività elettrica ritmica che orchestra le reti neurali con altre linee di evidenza che i campi elettrici possono influenzare i neuroni a livello molecolare.

I ricercatori hanno studiato, ad esempio, l’accoppiamento adesivo, in cui i neuroni si influenzano reciprocamente sulle proprietà elettriche attraverso la vicinanza delle loro membrane, piuttosto che affidarsi esclusivamente agli scambi elettrochimici attraverso le sinapsi. Questa diafonia elettrica può influenzare le funzioni neurali, incluso quando e se si attivano per trasmettere segnali elettrici ad altri neuroni nel circuito.

Miller, Benoutsis e Friedman citano anche ricerche che mostrano altri effetti elettrici sulle cellule e sui loro componenti, incluso il modo in cui lo sviluppo neurale è diretto dai campi e che i microtubuli possono allinearsi con essi.

Se il cervello trasporta informazioni in campi elettrici e quei campi elettrici sono in grado di creare neuroni e altri elementi nel cervello che formano una rete, allora è più probabile che il cervello utilizzi tale capacità. Gli autori suggeriscono che il cervello può utilizzare i campi per garantire che la rete faccia ciò che dovrebbe fare.

Per dirla (vagamente) in termini di patata, il successo della televisione di rete non è solo la sua capacità di inviare un segnale chiaro a milioni di case. Altrettanto importanti sono i piccoli dettagli come il modo in cui ogni casa dispone il display della TV, l’impianto audio e i mobili del soggiorno per massimizzare l’esperienza.

La presenza della rete sia in questa metafora che nel cervello motiva i singoli partecipanti a configurare la propria infrastruttura per impegnarsi in modo ottimale, ha affermato Miller.

“L’accoppiamento citoelettrico collega le informazioni a livello mesoscala e macroscopico fino al livello microscopico delle proteine ​​che formano la base molecolare della memoria”, hanno scritto gli autori nel documento.

L’articolo delinea il ragionamento ispiratore per l’accoppiamento fotovoltaico. “Forniamo un’ipotesi che chiunque può testare”, ha detto Miller.

Finanziamento: Il sostegno alla ricerca è venuto dal Regno Unito per la ricerca e l’innovazione (UKRI), l’Ufficio statunitense per la ricerca navale, la JPB Foundation e il Picower Institute for Learning and Memory.

Informazioni su questa ricerca in Neuroscience News

autore: Davide Orenstein
fonte: Istituto Piccoer per l’apprendimento e la memoria
comunicazione: David Orenstein – Istituto Picquer per l’apprendimento e la memoria
immagine: Immagine accreditata a Neuroscience News

Ricerca originale: accesso libero.
“Accoppiamento citoelettrico: i campi elettrici scolpiscono l’attività neurale e “sintonizzano” l’infrastruttura del cervelloDi Earl K. Miller et al. I progressi nelle neuroscienze

un sommario

Accoppiamento citoelettrico: i campi elettrici scolpiscono l’attività neurale e “sintonizzano” l’infrastruttura del cervello

Proponiamo e forniamo prove convergenti per l’ipotesi dell’accoppiamento citoelettrico: i campi elettrici generati dai neuroni sono causali fino al livello del citoscheletro.

Ciò può essere ottenuto mediante diffusione elettrica, trasporto meccanico e scambi tra energia elettrica, potenziale e chimica. L’accoppiamento efaptico regola l’attività neuronale, formando ammassi neuronali a livello macro.

Queste informazioni si propagano fino al livello dei neuroni, influenzando le elevazioni, e giù fino al livello molecolare per stabilizzare il citoscheletro, “sintonizzandolo” per elaborare le informazioni in modo più efficiente.