تم اكتشاف نوع من الإشارات لم يسبق له مثيل في دماغ الإنسان

(KTSDESIGN / مكتبة صور العلوم / Getty Images)

اكتشف العلماء شكلاً فريدًا من أشكال الرسائل الخلوية التي تحدث في الدماغ البشري لم تتم رؤيته من قبل. المثير في الأمر أن هذا الاكتشاف يلمح إلى أن أدمغتنا قد تكون وحدات حسابية أكثر قوة مما أدركنا.

في أوائل العام الماضي ، أفاد باحثون من معاهد في ألمانيا واليونان بوجود آلية في الخلايا القشرية الخارجية للدماغ تنتج إشارة `` متدرجة '' جديدة من تلقاء نفسها ، واحدة يمكن أن تزود الخلايا العصبية الفردية بطريقة أخرى لأداء وظائفها المنطقية.

من خلال قياس النشاط الكهربائي في أقسام الأنسجة التي تمت إزالتها أثناء الجراحة على مرضى الصرع وتحليل هيكلها باستخدام الفحص المجهري الفلوري ، وجد أطباء الأعصاب أن الخلايا الفردية في القشرة المخية لا تستخدم فقط أيونات الصوديوم المعتادة 'لإطلاق النار' ، بل الكالسيوم أيضًا.

أدى هذا المزيج من الأيونات الموجبة الشحنة إلى إطلاق موجات من الجهد لم يسبق لها مثيل من قبل ، يشار إليها بإمكانيات الفعل التغصني بوساطة الكالسيوم ، أو dCaAPs.

غالبًا ما تتم مقارنة الأدمغة - خاصة تلك التي تنتمي إلى النوع البشري - بأجهزة الكمبيوتر.القياس له حدوده، ولكنهم يؤدون المهام بطرق متشابهة في بعض المستويات.

كلاهما يستخدم قوة الجهد الكهربائي لتنفيذ عمليات مختلفة. في أجهزة الكمبيوتر ، يكون هذا في شكل تدفق بسيط إلى حد ما للإلكترونات عبر تقاطعات تسمى الترانزستورات.

في الخلايا العصبية ، تكون الإشارة على شكل موجة من قنوات الفتح والإغلاق التي تتبادل الجسيمات المشحونة مثل الصوديوم والكلوريد والبوتاسيوم. يسمى هذا النبض من الأيونات المتدفقة إمكانات العمل .

بدلاً من الترانزستورات ، تدير الخلايا العصبية هذه الرسائل كيميائيًا في نهاية الفروع تسمى التشعبات.

'التشعبات أساسية لفهم الدماغ لأنها جوهر ما يحدد القوة الحسابية للخلايا العصبية المفردة' ، عالم الأعصاب بجامعة هومبولت ماثيو لاركوم أخبر والتر بيكويث في الرابطة الأمريكية لتقدم العلوم في يناير 2020.

التشعبات هي إشارات المرور لنظامنا العصبي. إذا كانت إمكانية الفعل كبيرة بدرجة كافية ، فيمكن أن تنتقل إلى أعصاب أخرى ، والتي يمكن أن تمنع الرسالة أو تنقلها.

هذه هي الأسس المنطقية لأدمغتنا - تموجات الجهد التي يمكن توصيلها بشكل جماعي في شكلين: إما و رسالة (إذا كانت x و يتم تشغيل y ، يتم تمرير الرسالة) ؛ أو أ أو رسالة (إذا كانت x أو يتم تشغيل y ، يتم تمرير الرسالة).

يمكن القول أنه لا يوجد مكان أكثر تعقيدًا من الجزء الخارجي الكثيف المتجعد من الجهاز العصبي المركزي للإنسان ؛ القشرة الدماغية. الطبقات العميقة الثانية والثالثة سميكة بشكل خاص ، ومعبأة بالفروع التي تؤدي وظائف عالية المستوى نربطها بالإحساس والفكر والتحكم في المحرك.

لقد ألقى الباحثون نظرة فاحصة على أنسجة هذه الطبقات ، حيث قاموا بربط الخلايا بجهاز يسمى مشبك التصحيح الجسدي العصبي لإرسال إمكانات نشطة لأعلى ولأسفل كل خلية عصبية ، وتسجيل إشاراتها.

'كانت هناك لحظة' eureka 'عندما رأينا إمكانات الفعل التغصني لأول مرة ،' قال لاركوم .

للتأكد من أن أي اكتشافات لم تكن فريدة من نوعها للأشخاص المصابين بالصرع ، قاموا بمراجعة نتائجهم في عدد قليل من العينات المأخوذة من أورام المخ.

بينما أجرى الفريق تجارب مماثلة على الفئران ، كانت أنواع الإشارات التي لاحظوها تتنقل عبر الخلايا البشرية مختلفة تمامًا.

والأهم من ذلك ، عندما قاموا بجرعات الخلايا بمانع قناة الصوديوم يسمىتيترودوتوكسين، لا يزالون يجدون إشارة. فقط عن طريق منع الكالسيوم ، تهدأ الجميع.

إن العثور على جهد فعل بوساطة الكالسيوم أمر مثير للاهتمام بدرجة كافية. لكن نمذجة الطريقة التي يعمل بها هذا النوع الجديد الحساس من الإشارات في القشرة كشفت عن مفاجأة.

بالإضافة إلى المنطق و و أو من نوع الوظائف ، يمكن أن تعمل هذه الخلايا العصبية الفردية 'حصرية' أو ( مجانا ) التقاطعات ، والتي تسمح فقط بإشارة عندما يتم تصنيف إشارة أخرى بطريقة معينة.

تقليديا ، مجانا يُعتقد أن العملية تتطلب حل شبكة ، ' كتب الباحثون .

يجب القيام بالمزيد من العمل لمعرفة كيف تتصرف dCaAPs عبر الخلايا العصبية بأكملها ، وفي نظام حي. ناهيك عما إذا كان شيئًا بشريًا ، أو إذا تطورت آليات مماثلة في مكان آخر في مملكة الحيوان.

التكنولوجيا هي أيضانتطلع إلى نظامنا العصبيللإلهام حول كيفية تطوير أجهزة أفضل ؛ إن معرفة أن خلايانا الفردية لديها بعض الحيل الأخرى في سواعدها يمكن أن يؤدي إلى طرق جديدة لشبكة الترانزستورات.

إن كيفية ترجمة هذه الأداة المنطقية الجديدة في خلية عصبية واحدة إلى وظائف أعلى هو سؤال للباحثين في المستقبل للإجابة عليه.

تم نشر هذا البحث في علوم .

نُشرت نسخة من هذه المقالة في الأصل في كانون الثاني (يناير) 2020.

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.