Un segnale unico nel suo genere rilevato nel cervello umano: ScienceAlert

Gli scienziati hanno identificato 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 pensassimo.

Nel 2020, ricercatori di istituti in Germania e Grecia hanno scoperto un meccanismo nelle cellule corticali extracellulari del cervello che produce un nuovo segnale “gradiente”, un segnale che può 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 su pazienti epilettici e analizzando la loro struttura utilizzando la microscopia a fluorescenza, i neurologi hanno scoperto che le singole cellule della corteccia utilizzano non solo i soliti ioni sodio per “liberarsi”, ma anche il calcio.

Questa miscela di ioni caricati positivamente ha rilasciato onde di tensioni elettriche mai viste prima, chiamate potenziali d'azione dendritici mediati dal calcio o dCaAP.

I cervelli, soprattutto quelli del genere umano, vengono spesso paragonati ai computer. L’analogia ha i suoi limiti, ma ad alcuni livelli svolgono compiti in modo simile.

Entrambi utilizzano la potenza del potenziale elettrico 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 che si aprono e si chiudono che scambiano molecole 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 sono fondamentali per comprendere il cervello perché sono essenzialmente ciò che determina la potenza computazionale dei singoli neuroni”, afferma il neuroscienziato dell'Università di Humboldt. Matthew Larcom lo ha detto a Walter Beckwith All'American Association for the Advancement of Science nel gennaio 2020.

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

Queste sono le motivazioni del nostro cervello: increspature di tensione elettrica che possono essere comunicate collettivamente in due forme: o E messaggio (se x E y viene eseguito e il messaggio viene passato); O O messaggio (se x O y viene eseguito e il messaggio viene passato).

Probabilmente da nessuna parte questo è più complesso di così nella parte esterna densa e rugosa 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 motorio.

I ricercatori hanno esaminato più da vicino il tessuto di questi strati e hanno collegato le cellule a un dispositivo chiamato sinapsi somatodendritica per inviare potenziali attivi su e giù per ciascun neurone, registrandone i segnali.

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

Per assicurarsi che i risultati non fossero limitati alle persone con epilessia, hanno ricontrollato i risultati in un piccolo numero di campioni prelevati da tumori al cervello.

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

Ancora più importante, quando hanno iniettato nelle cellule un bloccante dei canali del sodio chiamato tetrodotossina, sono stati in grado di trovare un segnale. Tutto si è calmato solo bloccando il calcio.

Trovare potenziali d’azione mediati 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 OFunzioni del tipo, questi singoli neuroni possono agire 'Esclusivo' O (XOR) intersezioniche 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.

C’è ancora molto lavoro da fare per studiare come si comportano i dCaAP nei neuroni interi e nel sistema vivente. Per non parlare se riguarda l’uomo, o se meccanismi simili si sono evoluti anche 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 qualche asso nella manica in più potrebbe portare a nuovi modi di collegare i transistor alle reti.

Come questo nuovo strumento di ragionamento confinato in un singolo neurone si traduca in funzioni più elevate è una domanda a cui i futuri ricercatori dovranno rispondere.

Questa ricerca è stata pubblicata in Scienze.

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