Учените наскоро установиха уникална форма на клетъчно предаване на съобщения в човешкия мозък, която не е наблюдавана досега. Откритието подсказва, че мозъкът ни може да е още по-мощна изчислителна единица, отколкото сме предполагали.

Още през 2020 г. изследователи от институти в Германия и Гърция съобщиха за механизъм във външните кортикални клетки на мозъка, който произвежда нов "степенуван" сигнал сам по себе си - сигнал, който би могъл да предостави на отделните неврони друг начин за изпълнение на логическите им функции.

Като измерват електрическата активност в участъци от тъкани, отстранени по време на операция на пациенти с епилепсия, и анализират структурата им с помощта на флуоресцентна микроскопия, невролозите установяват, че отделни клетки в кората на главния мозък използват не само обичайните натриеви йони, но и калций, за да работят.

Тази комбинация от положително заредени йони предизвиква невиждани досега вълни на напрежение, наричани калциево-медиирани дендритни потенциали на действие или dCaAPs. Мозъкът - особено човешкият - често се сравнява с компютър. Аналогията има своите граници, но на някои нива те изпълняват задачи по сходен начин. И двата използват силата на електрическото напрежение, за да извършват различни операции. При компютрите то е под формата на доста прост поток от електрони през пресечни точки, наречени транзистори. В невроните сигналът е под формата на вълна от отварящи се и затварящи се канали, които обменят заредени частици като натрий, хлорид и калий. Този импулс на протичане на йони се нарича потенциал на действие. Вместо транзистори невроните управляват тези съобщения по химичен път в края на разклоненията, наречени дендрити.

"Дендритите са от централно значение за разбирането на мозъка, тъй като те са в основата на това, което определя изчислителната мощ на отделните неврони", каза неврологът от Хумболтовия университет Матю Ларкъм през януари 2020 г.

Дендритите са светофарите на нашата нервна система. Ако даден потенциал за действие е достатъчно значим, той може да бъде предаден на други нерви, които могат да блокират или да предадат съобщението.

Това е логическата основа на нашия мозък - пулсации на напрежение, които могат да се предават колективно в две форми: или съобщение AND (ако се задействат x и y, съобщението се предава); или съобщение OR (ако се задейства x или y, съобщението се предава).

Вероятно никъде това не е по-сложно, отколкото в плътната, набраздена външна част на човешката централна нервна система - мозъчната кора. По-дълбоките втори и трети слой са особено дебели, пълни с разклонения, които изпълняват функции от висок порядък, които свързваме с усещанията, мисълта и двигателния контрол.

Именно тъканите от тези слоеве изследователите разгледаха отблизо, като свързаха клетките с устройство, наречено соматодендритна скоба, за да изпратят активни потенциали нагоре и надолу по всеки неврон, записвайки техните сигнали.

"Когато за първи път видяхме дендритните потенциали за действие, настъпи моментът "еврика", казва Ларкъм.

За да се уверят, че откритията не са характерни само за хората с епилепсия, те проверяват резултатите си в няколко проби, взети от мозъчни тумори. Въпреки че екипът е провел подобни експерименти с плъхове, видовете сигнали, които са наблюдавали да бучат в човешките клетки, са били много различни.

Още по-важно е, че когато дозирали клетките с блокер на натриевите канали, наречен тетродотоксин, все пак открили сигнал. Само при блокирането на калция всичко утихнало. Откриването на потенциал на действие, медииран от калций, е достатъчно интересно. Но моделирането на начина, по който този чувствителен нов вид сигнал работи в кората, разкрива изненада.

В допълнение към логическите функции от типа AND и OR тези отделни неврони могат да действат като "изключителни" пресечни точки OR (XOR), които допускат сигнал само когато друг сигнал е оценен по определен начин.

"Традиционно се смята, че операцията XOR изисква мрежово решение", пишат изследователите.

Необходимо е да се извърши още работа, за да се види как dCaAPs се държат в цели неврони и в жива система. Да не говорим дали това е човешко явление, или подобни механизми са се развили на други места в животинското царство.

Технологиите също така търсят вдъхновение от нашата собствена нервна система за това как да разработят по-добър хардуер; знанието, че нашите собствени индивидуални клетки имат още няколко трика в ръкавите си, може да доведе до нови начини за изграждане на мрежови транзистори.

Как точно този нов логически инструмент, вместен в една нервна клетка, се превръща в по-висши функции, е въпрос, на който трябва да отговорят бъдещите изследователи.

Снимка: Unsplash

Виж още: Експерт твърди, че Алцхаймер всъщност може да не е мозъчно заболяване