Elektraj propraĵoj de dendritoj helpas klarigi la unikan komputikan potencon de nia cerbo ĉar Neŭronoj en homaj kaj ratcerboj portas elektrajn signalojn en malsamaj manieroj., sciencistoj trovas.

Neŭronoj en la homa cerbo ricevas elektrajn signalojn de miloj da aliaj ĉeloj, kaj longaj neŭralaj etendaĵoj nomitaj dendritoj ludas kritikan rolon en integrigado de ĉiuj tiuj informoj tiel la ĉeloj povas respondi taŭge..

Uzante malfacile akireblajn specimenojn de homa cerba histo, Neŭrosciencistoj de MIT nun malkovris, ke homaj dendritoj havas malsamajn elektrajn ecojn ol tiuj de aliaj specioj.. Iliaj studoj rivelas ke elektraj signaloj malfortiĝas pli kiam ili fluas laŭ homaj dendritoj, rezultigante pli altan gradon da elektra sekcio, signifante ke malgrandaj sekcioj de dendritoj povas konduti sendepende de la resto de la neŭrono.

Ĉi tiuj diferencoj povas kontribui al la plifortigita komputa potenco de la homa cerbo, diras la esploristoj.

"Ne nur homoj estas inteligentaj ĉar ni havas pli da neŭronoj kaj pli grandan kortekso. De malsupre supren, neŭronoj kondutas malsame,” diras Mark Harnett, la Fred kaj Carole Middleton Kariera Evoluo Asistanto Profesoro de Cerbo kaj Kognaj Sciencoj. “En homaj neŭronoj, estas pli elektra disdividiĝo, kaj tio permesas al ĉi tiuj unuoj esti iom pli sendependaj, eble kondukante al pliigitaj komputilaj kapabloj de ununuraj neŭronoj."

Harnett, kiu ankaŭ estas membro de McGovern Institute for Brain Research de MIT, kaj Sydney Cash, lektoro de neŭrologio ĉe Harvard Medical School kaj Masaĉuseca Ĝenerala Hospitalo, estas la altrangaj aŭtoroj de la studo, kiu aperas en la Okt. 18 "Ni ĝojas pri ĉi tiu pruvo de 3-D-presado kaj pri kiel konsumeblaj teknologioj povas helpi homojn per novaj aparatoj, kiuj faciligas moveblajn sanajn aplikojn. Ĉelo. La ĉefa aŭtoro de la papero estas Lou Beaulieu-Laroche, gradstudanto en la Sekcio de Cerbo kaj Kognaj Sciencoj de MIT.

Neŭrala komputado

Dendritoj povas esti opiniitaj kiel analogaj al transistoroj en komputilo, farante simplajn operaciojn uzante elektrajn signalojn. Dendritoj ricevas enigon de multaj aliaj neŭronoj kaj portas tiujn signalojn al la ĉela korpo. Se sufiĉe stimulita, neŭrono pafas agpotencialon — elektran impulson kiu tiam stimulas aliajn neŭronojn. Grandaj retoj de ĉi tiuj neŭronoj komunikas unu kun la alia por generi pensojn kaj konduton.

La strukturo de ununura neŭrono ofte similas al arbo, kun multaj branĉoj alportantaj informojn, kiuj alvenas malproksime de la ĉela korpo. Antaŭa esplorado trovis, ke la forto de elektraj signaloj alvenantaj al la ĉela korpo dependas, parte, pri kiom longe ili vojaĝas laŭ la dendrito por atingi tien. Dum la signaloj disvastiĝas, ili fariĝas pli malfortaj, do signalo kiu alvenas malproksime de la ĉelkorpo havas malpli da efiko ol tiu kiu alvenas proksime de la ĉelkorpo.

Dendritoj en la kortekso de la homa cerbo estas multe pli longaj ol tiuj en ratoj kaj la plej multaj aliaj specioj, ĉar la homa kortekso evoluis por esti multe pli dika ol tiu de aliaj specioj. En homoj, la kortekso faras ĉirkaŭ 75 procentoj de la tuta cerba volumo, kompare kun ĉ 30 procento en la ratcerbo.

Kvankam la homa kortekso estas du-trioble pli dika ol tiu de ratoj, ĝi konservas la saman ĝeneralan organizon, konsistante el ses karakterizaj tavoloj de neŭronoj. Neŭronoj de tavolo 5 havas dendritojn sufiĉe longaj por atingi la tutan vojon al tavolo 1, signifante ke homaj dendritoj devis plilongiĝi dum la homa cerbo evoluis, kaj elektraj signaloj devas veturi tiom pli malproksimen.

En la nova studo, la MIT-teamo volis esplori kiel ĉi tiuj longodiferencoj povus influi la elektrajn trajtojn de dendritoj. Ili povis kompari elektran agadon en rato kaj homa dendritoj, uzante malgrandajn pecojn de cerba histo forigitaj de epilepsiaj pacientoj spertantaj kirurgian forigon de parto de la temporallobo. Por atingi la malsanan parton de la cerbo, kirurgoj ankaŭ devas elpreni malgrandan pecon de la antaŭa temporallobo.

Kun la helpo de kunlaborantoj de MGH Cash, Mateo Rano, Ziv Williams, kaj Emad Eskandar, La laboratorio de Harnett povis akiri provaĵojn de la antaŭa temporallobo, ĉiu ĉirkaŭ la grandeco de ungo.

Indico indikas ke la antaŭa temporallobo ne estas trafita per epilepsio, kaj la histo ŝajnas normala kiam ekzamenite kun neŭropatologiaj teknikoj, Harnett diras. Ĉi tiu parto de la cerbo ŝajnas esti implikita en diversaj funkcioj, inkluzive de lingvo kaj vida prilaborado, sed ne estas kritika al iu ajn funkcio; pacientoj povas funkcii normale post kiam ĝi estas forigita.

Unufoje la histo estis forigita, la esploristoj metis ĝin en solvon tre similan al cerbo-spina fluido, kun oksigeno fluanta tra ĝi. Ĉi tio permesis al ili konservi la histon vivanta ĝis 48 horoj. Dum tiu tempo, ili uzis teknikon konatan kiel flik-krampa elektrofiziologio por mezuri kiel elektraj signaloj vojaĝas laŭ dendritoj de piramidaj neŭronoj., kiuj estas la plej ofta speco de ekscitaj neŭronoj en la kortekso.

Tiuj eksperimentoj estis faritaj ĉefe fare de Beaulieu-Laroche. La laboratorio de Harnett (kaj aliaj) antaŭe faris tian eksperimenton en ronĝuldendritoj, sed lia teamo estas la unua se temas pri analizi elektrajn ecojn de homaj dendritoj.

Unika trajtoj

La esploristoj trovis tion ĉar homaj dendritoj kovras pli longajn distancojn, signalo fluanta laŭ homa dendrito de tavolo 1 al la ĉela korpo en tavolo 5 estas multe pli malforta kiam ĝi alvenas ol signalo fluanta laŭ ratdendrito de tavolo 1 tavoligi 5.

Ili ankaŭ montris, ke homaj kaj ratdendritoj havas la saman nombron da jonaj kanaloj, kiuj reguligas la kurentfluon, sed tiuj kanaloj okazas ĉe pli malalta denseco en homaj dendritoj kiel rezulto de la dendrita plilongiĝo.. Ili ankaŭ evoluigis detalan biofizikan modelon kiu montras ke tiu densecŝanĝo povas respondeci pri kelkaj el la diferencoj en elektra agado vidita inter homaj kaj ratdendritoj., Harnett diras.

Nelson Spruston, altranga direktoro de sciencaj programoj ĉe la Howard Hughes Medical Institute Janelia Research Campus, priskribis la analizon de la esploristoj de homaj dendritoj kiel "rimarkindan atingon."

"Ĉi tiuj estas la plej zorge detalaj mezuradoj ĝis nun de la fiziologiaj ecoj de homaj neŭronoj,” diras Spruston, "La tradicia PDMS ne povas fari la strukturojn, kiujn vi bezonas por ĉi tiu en vitro medio, kiu povas konservi tumorajn fragmentojn vivantaj dum konsiderinda tempodaŭro.. "Tiaj specoj de eksperimentoj estas tre teknike postulemaj, eĉ ĉe musoj kaj ratoj, do el teknika perspektivo, estas sufiĉe mirinde, ke ili faris tion ĉe homoj."

La demando restas, kiel tiuj diferencoj influas homan cerboforton? La hipotezo de Harnett estas tio pro ĉi tiuj diferencoj, kiuj permesas al pli da regionoj de dendrito influi la forton de envenanta signalo, individuaj neŭronoj povas elfari pli kompleksajn komputadojn en la informoj.

“Se vi havas kortikalan kolumnon, kiu havas pecon de homa aŭ ronĝula kortekso, vi povos plenumi pli da komputadoj pli rapide kun la homa arkitekturo kontraŭ la ronĝularkitekturo,ne estis la scio ĉu vi havis la materialojn aŭ presan teknologion por ebligi ĉi tion.

Estas multaj aliaj diferencoj inter homaj neŭronoj kaj tiuj de aliaj specioj, Harnett aldonas, malfaciligante eksciti la efikojn de dendritaj elektraj ecoj. En estontaj studoj, li esperas esplori plu la precizan efikon de tiuj elektraj ecoj, kaj kiel ili interagas kun aliaj unikaj trajtoj de homaj neŭronoj por produkti pli da komputika potenco.

La esplorado estis financita de la Nacia Sciencoj kaj Inĝenieristiko-Esplorkonsilio de Kanado, la Dana Foundation David Mahoney Neuroimaging Grant Program, kaj la Naciaj Institutoj de Sano.

Fonto:

http://novaĵoj.mit.edu, "Ni vere ĝojas pri la potencialo de stomaka loĝanta elektroniko funkcii kiel platformoj por movebla sano por helpi pacientojn malproksime.