Un semnal fără precedent a fost detectat în creierul uman, sub forma unor „mesaje celulare” unice

Oamenii de știință au detectat în creierul uman o formă unică de mesagerie celulară care nu a mai fost observată până în prezent.

În mod interesant, descoperirea sugerează că, de fapt, creierul nostru ar putea fi o unitate de calcul chiar mai puternică decât se credea.

În anul 2020, cercetătorii de la institute din Germania și Grecia au raportat un mecanism în celulele corticale exterioare ale creierului care produce singur un nou semnal „gradat”, unul care ar putea oferi neuronilor individuali o altă modalitate de a-și îndeplini funcțiile logice.

Măsurând activitatea electrică în secțiuni de țesut prelevate în timpul unei intervenții chirurgicale asupra pacienților epileptici și analizând structura acestora cu ajutorul microscopiei fluorescente, neurologii au descoperit că celulele individuale din cortex nu folosesc doar ionii de sodiu obișnuiți pentru a forma noi conexiuni, ci și calciu.^[sursa]

Un semnal nemaiîntâlnit, detectat în creierul uman

Această combinație de ioni încărcați pozitiv a declanșat valuri de tensiune care nu au mai fost observate până acum, denumite potențiale de acțiune dendritice mediate de calciu, sau dCaAPs.

Creierele, în special cel al omului, sunt adesea comparate cu computerele. Analogia are limitele sale, dar, la anumite niveluri, ele îndeplinesc sarcini în moduri similare. Ambele utilizează puterea unei tensiuni electrice pentru a efectua diverse operații. În cazul computerelor, aceasta se prezintă sub forma unui flux destul de simplu de electroni prin intersecții numite tranzistori.

În cazul neuronilor, semnalul se prezintă sub forma unui val de deschidere și închidere a canalelor care schimbă particule încărcate, cum ar fi sodiul, clorura și potasiul. Acest impuls de ioni care circulă se numește potențial de acțiune.

În loc de tranzistori, neuronii gestionează aceste mesaje pe cale chimică la capătul unor ramificații numite dendrite.

„Dendritele sunt esențiale pentru înțelegerea creierului, deoarece se află în centrul a ceea ce determină puterea de calcul a fiecărui neuron.”, i-a spus Matthew Larkum, neuroștiutor la Universitatea Humboldt, lui Walter Beckwith, la Asociația Americană pentru Progresul Științei, în ianuarie 2020.^[sursa]

Dendritele sunt semafoarele sistemului nostru nervos. Dacă un potențial de acțiune este suficient de semnificativ, acesta poate fi transmis altor nervi, care pot bloca sau transmite mesajul.

Aceasta este baza logică a creierului nostru. Undele de tensiune pot fi comunicate colectiv sub două forme: fie un mesaj AND (dacă x și y sunt declanșate, mesajul este transmis mai departe), fie un mesaj OR (dacă x sau y sunt declanșate, mesajul este transmis mai departe).

Se poate spune că nicăieri acest lucru nu este mai complex decât în secțiunea exterioară densă și încrețită a sistemului nervos central uman: cortexul cerebral. Al doilea și al treilea strat mai adânci sunt deosebit de groase, pline de ramuri care realizează funcții de ordin înalt pe care le asociem cu senzațiile, gândirea și controlul motor.

Cercetătorii au analizat îndeaproape țesuturile din aceste straturi, conectând celulele la un dispozitiv numit clemă de plasture somatodendritică pentru a trimite potențiale active în sus și în jos pe fiecare neuron, înregistrând semnalele acestora.

„A fost un moment «Evrika!» când am văzut pentru prima dată potențialele de acțiune dendritice.”, a spus Larkum.

Pentru a se asigura că orice descoperire nu era specifică doar persoanelor care suferă de epilepsie, echipa de cercetare a verificat de două ori rezultatele într-o serie de mostre prelevate din tumori cerebrale. În timp ce echipa efectuase experimente similare pe șobolani, tipurile de semnale pe care le-au observat bâzâind prin celulele umane erau foarte diferite.

Mai important, atunci când au dozat celulele cu un blocant al canalelor de sodiu numit tetrodotoxină, tot au găsit un semnal. Numai prin blocarea calciului s-a făcut liniște. Găsirea unui potențial de acțiune mediat de calciu este destul de interesantă. Dar modelarea modului în care acest nou tip de semnal sensibil a funcționat în cortex a dezvăluit o surpriză.

În plus față de funcțiile logice de tip AND și OR, acești neuroni individuali ar putea acționa ca intersecții OR „exclusive” (XOR), care permit un semnal doar atunci când un alt semnal este clasificat într-un anumit mod.

„În mod tradițional, s-a considerat că operația XOR necesită o soluție de rețea.”, au scris cercetătorii.^[sursa]

Trebuie să se lucreze mai mult pentru a vedea cum se comportă dCaAPs la nivelul unor neuroni întregi și într-un sistem viu. Ca să nu mai spunem dacă este vorba de o chestiune specific umană sau dacă mecanisme similare au evoluat în altă parte în regnul animal.

Tehnologia se uită, de asemenea, la propriul nostru sistem nervos pentru a se inspira cu privire la modul de dezvoltare a unui hardware mai bun. Ştiind că propriile noastre celule individuale au câteva trucuri în plus în mânecă ar putea duce la noi modalități de conectare în rețea a tranzistorilor.

Modul exact în care acest nou instrument logic înghesuit într-o singură celulă nervoasă se traduce în funcții superioare este o întrebare la care vor trebui să răspundă viitorii cercetători.