人間の脳内で初めての信号の発見：ScienceAlert

科学者たちは、人間の脳内で発生する細胞メッセージングの独特な形式を特定することができました。それは、その神秘的な内部の仕組みについて私たちがまだどれだけ学ばなければならないかを明らかにします。

興味深いことに、この発見は、私たちの脳が想像よりも強力な計算ユニットである可能性があることを示唆しています。

2020年、ドイツとギリシャの研究機関の研究者らは、独自の新しい「勾配」信号を生成する脳の細胞外皮質細胞のメカニズムについて報告した。この信号は、個々のニューロンに論理的機能を実行するための別の方法を提供する可能性がある。

神経科学者らは、てんかん患者の手術中に切除された組織切片の電気活動を測定し、蛍光顕微鏡を使用してその構造を分析することによって、大脳皮質の個々の細胞が発火するために通常のナトリウムイオンだけでなくカルシウムも使用していることを発見した。

正に荷電したイオンのこの組み合わせは、カルシウム媒介樹状突起活動電位 (dCaAP) と呼ばれる、これまでに見たことのない電位の波を引き起こしました。

脳、特に人類の脳は、よくコンピューターと比較されます。確かに、この測定には限界がありますが、いくつかのレベルでは、デバイスは同様の方法でタスクを実行します。

どちらも電圧の力を使用して異なる操作を実行します。コンピューターでは、これはトランジスタと呼ばれる接合部を通る単純な電子の流れです。

ニューロンでは、信号はナトリウム、塩化物、カリウムなどの荷電粒子を交換する開閉チャネルの波の形をしています。このイオンが流れるパルスをパルスといいます。活動電位。

トランジスタの代わりに、ニューロンは樹状突起と呼ばれる枝の端でこれらのメッセージを化学的に伝えます。

「ニューロン樹状突起は、個々のニューロンの計算能力を決定する核心部分を形成するため、脳を理解するための基礎となります」とフンボルト大学の神経科学者は述べています。マシュー・ラーコムはウォルター・ベックウィズに語った 2020年1月、米国科学振興協会にて。

神経樹状突起は、私たちの神経系の信号機です。活動電位が十分に大きい場合、他の神経に伝達され、メッセージが遮断または伝達される可能性があります。

これが私たちの脳の理論的根拠です。電圧リップルは次の 2 つの形式で集合的に伝達されます。 そして メッセージ (x の場合) そして オンにすると、メッセージが渡されます)。または または メッセージ (x の場合) または y が実行され、メッセージが渡されます)。

これは確かに、人間の中枢神経系の密でしわの多い外側部分の他のどこよりも複雑です。大脳皮質。より深い 2 番目と 3 番目の層は特に厚く、感覚、思考、運動の制御に関連する高次の機能を実行する枝で満たされています。

研究者らはこれらの層の組織を詳しく調べ、樹状体性シナプスと呼ばれる装置に細胞を接続して各ニューロンに活動電位を上下に送り、その信号を記録した。

「樹状突起の活動電位を初めて見たとき、驚くべき発見の瞬間がありました。」ラーコムは言った。

いかなる所見もてんかん患者に特有のものではないことを確認するために、彼らは脳腫瘍から採取した少数のサンプルで所見を再検証した。

チームが同様の実験を行った一方で、マウスについて彼らが観察した人間の細胞内で飛び交う信号の種類は非常に異なっていました。

さらに重要なのは、テトロドトキシンと呼ばれるナトリウムチャネル遮断薬を細胞に投与したところ、シグナルが検出されたことだ。カルシウムを控えるだけですべてが落ち着きました。

カルシウムを介した活動電位の発見は十分に興味深いものです。しかし、この敏感な新しいタイプの信号が大脳皮質でどのように機能するかをモデル化したところ、驚くべきことが明らかになりました。

論理的なことに加えて、 そして そして または– 型関数。これらの個々のニューロンは次のように機能します。 ‘エクスクルーシブ’ または (XOR) 交差点、別の信号が特定のスタイルで分類されている場合にのみ信号を許可します。

「伝統的に、 XOR 「このプロセスにはネットワークソリューションが必要だと考えられていました。」研究者たちはこう書いています。

dCaAP タンパク質がニューロン全体および生体システム内でどのように動作するかを理解するには、さらなる努力が必要です。これらのタンパク質が人工的に作られたものであるかどうか、あるいは同様のメカニズムが動物界の他の場所で進化しているかどうかは言うまでもありません。

テクノロジーはまた、より良いデバイスを開発する方法についてのインスピレーションを得るために私たちの神経系にも注目しています。私たちの個々のセルがその奥にさらなるトリックを秘めていることを知れば、トランジスタを相互接続する新しい方法につながる可能性があります。

単一のニューロンに埋め込まれたこの新しい推論ツールがどのように高次の機能に変換されるかは、将来の研究者が答えなければならない問題です。

この研究は、科学。

この記事のオリジナル版は 2020 年 1 月に公開されました。