인간의 뇌에서 발견 된 적이없는 신호 유형

과학자들은 이전에는 볼 수 없었던 인간의 뇌에서 발생하는 독특한 형태의 세포 메시징을 발견했습니다. 흥미롭게도이 발견은 우리의 두뇌가 우리가 깨달은 것보다 더 강력한 계산 단위가 될 수 있음을 암시합니다.

작년 초 독일과 그리스 연구소의 연구자들은 뇌의 외부 피질 세포에서 자체적으로 새로운 ‘그라데이션’신호를 생성하는 메커니즘을보고했습니다. 그렇지 않으면 개별 뉴런이 논리적 기능을 수행하도록 장비 할 수 있습니다.

뇌전 증 환자의 수술 중 제거 된 조직 부분의 전기적 활동을 측정하고 형광 현미경을 사용하여 구조를 분석함으로써 신경 학자들은 대뇌 피질의 개별 세포가 일반적인 나트륨 이온을 사용하여 “발사”할뿐만 아니라 칼슘도 사용한다는 사실을 발견했습니다.

이 양전하 이온의 조합은 칼슘 매개 수지상 활동 전위 (dCaAP)라고하는 이전에는 볼 수 없었던 전압 파동을 방출했습니다.

뇌, 특히 인간의 뇌는 종종 컴퓨터와 비교됩니다. 이 비유에는 한계가 있지만 어떤 수준에서는 비슷한 방식으로 작업을 수행합니다.

둘 다 전위의 힘을 사용하여 다른 작업을 수행합니다. 컴퓨터에서 이것은 트랜지스터라고하는 접합부를 통과하는 매우 단순한 전자 흐름의 형태입니다.

뉴런에서 신호는 나트륨, 염화물 및 칼륨과 같은 하전 입자를 교환하는 개폐 채널의 파동의 형태입니다. 이 흐르는 이온의 펄스를 작업 잠재력.

트랜지스터 대신 뉴런은 수상 돌기라고하는 가지 끝에 화학적으로 이러한 메시지를 전달합니다.

수상 돌기는 단일 뉴런의 계산 능력을 결정하는 핵심이기 때문에 뇌를 이해하는 데 필수적입니다. Matthew Larcom은 Walter Beckwith에게 2020 년 1 월 미국 과학 진흥 협회 (American Association for the Advancement of Science)에서

수상 돌기는 우리 신경계의 교통 신호입니다. 활동 전위가 충분히 크면 다른 신경으로 전달되어 메시지를 차단하거나 전달할 수 있습니다.

이것이 우리 뇌의 이론적 근거입니다. 전압 리플은 두 가지 형태로 집합 적으로 전달 될 수 있습니다. 그리고 메시지 (x 그리고 y가 켜져 있으면 메시지가 전달됩니다. 또는 또는 메시지 (x 또는 y가 트리거되면 메시지가 전달됩니다).

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인간의 중추 신경계의 촘촘하고 주름진 바깥 부분보다 더 복잡하게 말할 수있는 곳은 없습니다. 대뇌 피질. 두 번째 및 세 번째 깊은 층은 특히 두껍고 감각, 사고 및 운동 제어와 관련된 높은 수준의 기능을 수행하는 가지로 가득 차 있습니다.

연구진은 이러한 층의 조직을 면밀히 조사하여 체세포 신경 패치 시냅스라는 장치에 세포를 부착하여 각 뉴런의 위아래로 에너지 전위를 보내 신호를 기록했습니다.

“우리가 수지상 작용의 잠재력을 처음 보았을 때 ‘유레카’순간이있었습니다.” Larcom이 말했다.

연구 결과가 간질 환자에게 독특하지 않은지 확인하기 위해 뇌종양에서 채취 한 몇 가지 샘플에서 결과를 검토했습니다.

팀이 유사한 실험을 수행하는 동안 쥐에, 그들이 인간 세포를 통해 이동하는 것을 관찰 한 신호의 유형은 매우 달랐습니다.

중요한 것은 그들이 세포에 테트로도톡신이라는 나트륨 채널 차단제를 투여했을 때 여전히 신호를 발견했다는 것입니다. 칼슘을 차단하는 것만으로 모두가 진정되었습니다.

칼슘이 매개하는 활동 전위를 찾는 것은 충분히 흥미 롭습니다. 그러나이 민감한 새로운 유형의 신호가 피질에서 작동하는 방식을 모델링 한 결과 놀라운 사실이 드러났습니다.

논리 외에 그리고 그리고 또는기능 유형에 따라 이러한 개별 뉴런은 ‘독특한’ 또는 (XOR) 교차로, 다른 신호가 특정 방식으로 분류 될 때만 신호를 허용합니다.

“전통적으로 XOR 이 프로세스에는 네트워크 솔루션이 필요합니다. ” 연구원들은 كتب를 썼습니다.

dCaAP가 전체 뉴런과 살아있는 시스템에서 어떻게 작동하는지 알아 보려면 더 많은 작업을 수행해야합니다. 그것이 인간 이었는지, 또는 유사한 메커니즘이 동물계의 다른 곳에서 진화했는지는 말할 것도 없습니다.

기술은 또한 더 나은 장치를 개발하는 방법에 대한 영감을 얻기 위해 신경계를 찾습니다. 우리의 개별 셀에 몇 가지 다른 트릭이 있다는 것을 알면 트랜지스터를 네트워크에 연결하는 새로운 방법으로 이어질 수 있습니다.

이 새로운 논리 도구가 단일 뉴런에서 더 높은 기능으로 어떻게 변환되는지는 미래의 연구자들이 대답해야 할 질문입니다.

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이 연구는 과학.

이 기사의 버전은 원래 2020 년 1 월에 게시되었습니다.

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