인간 두뇌에서 최초로 신호 발견: ScienceAlert

과학자들은 인간의 뇌에서 발생하는 독특한 형태의 세포 메시지를 식별할 수 있었습니다. 그것은 그 신비한 내부 작용에 대해 우리가 아직 얼마나 배워야 하는지를 보여줍니다.

흥미롭게도, 이 발견은 우리의 뇌가 우리가 상상했던 것보다 더 강력한 계산 단위일 수 있음을 시사합니다.

2020년 독일과 그리스 연구소의 연구자들은 자체적으로 새로운 “경사도” 신호를 생성하는 뇌의 세포외 피질 세포 메커니즘에 대해 보고했습니다. 이 신호는 개별 뉴런이 논리적 기능을 수행하는 또 다른 방법을 제공할 수 있는 신호입니다.

신경과학자들은 간질 환자의 수술 중 제거된 조직 부분의 전기 활동을 측정하고 형광 현미경을 사용하여 그 구조를 분석함으로써 대뇌 피질의 개별 세포가 일반적인 나트륨 이온뿐만 아니라 칼슘도 사용한다는 사실을 발견했습니다.

이러한 양전하 이온의 조합은 이전에 볼 수 없었던 전위 파동을 유발했으며, 이를 칼슘 매개 수지상 활동 전위(dCaAP)라고 합니다.

두뇌, 특히 인간 종의 두뇌는 종종 컴퓨터와 비교됩니다. 실제로 이 측정에는 한계가 있지만 일부 수준에서는 장치가 유사한 방식으로 작업을 수행합니다.

둘 다 전압의 힘을 사용하여 서로 다른 작업을 수행합니다. 컴퓨터에서 이는 트랜지스터라고 불리는 접합부를 통한 간단한 전자 흐름입니다.

뉴런에서 신호는 나트륨, 염화물, 칼륨과 같은 하전 입자를 교환하는 개방형 및 폐쇄형 채널의 파동 형태입니다. 이온이 흐르는 이 펄스를 펄스라고 합니다. 활동 잠재력.

트랜지스터 대신 뉴런은 수상돌기라고 불리는 가지 끝에서 이러한 메시지를 화학적으로 전달합니다.

“뉴런 수상돌기는 개별 뉴런의 계산 능력을 결정하는 핵심을 형성하기 때문에 뇌를 이해하는 데 기본입니다.”라고 훔볼트 대학의 신경과학자들은 말합니다. Matthew Larcom은 Walter Beckwith에게 말했습니다. 2020년 1월 미국과학진흥협회에서.

신경 수상돌기는 우리 신경계의 교통 신호입니다. 활동전위가 충분히 크면 다른 신경으로 전달되어 메시지를 차단하거나 전달할 수 있습니다.

이것이 우리 뇌의 이론적 근거입니다. 전기 전압 리플은 두 가지 형태로 집합적으로 전달될 수 있습니다. 그리고 메시지(x인 경우 그리고 켜져 있으면 메시지가 전달됩니다.) 또는 또는 메시지(x인 경우 또는 y가 실행되고 메시지가 전달됩니다.)

이것은 확실히 인간 중추신경계의 촘촘하고 주름진 외부 부분의 다른 어느 부분보다 더 복잡합니다. 대뇌 피질. 두 번째와 세 번째 더 깊은 층은 특히 두껍고 감각, 사고, 움직임 제어와 관련된 더 높은 수준의 기능을 수행하는 가지로 채워져 있습니다.

연구자들은 이 층의 조직을 면밀히 조사하여 세포를 수지상 체세포 패치 클램프라고 불리는 장치에 연결하여 활성 전위를 각 뉴런 위아래로 보내고 신호를 기록했습니다.

“우리가 처음으로 수지상 활동 전위를 본 놀라운 유레카 순간이 있었습니다.” 라콤이 말했다..

간질 환자에게만 나타나는 결과가 아닌지 확인하기 위해 뇌종양에서 채취한 소수의 샘플을 통해 결과를 재확인했습니다.

연구팀이 유사한 실험을 진행하는 동안 쥐의 경우인간 세포를 통해 관찰된 신호의 유형은 매우 달랐습니다.

더 중요한 것은 세포에 테트로도톡신이라는 나트륨 채널 차단제를 투여했을 때 신호를 발견했다는 것입니다. 칼슘을 억제해야만 모든 것이 진정되었습니다.

칼슘 매개 활동 전위의 발견은 충분히 흥미롭습니다. 그러나 이 민감한 새로운 유형의 신호가 대뇌 피질에서 작동하는 방식을 모델링한 결과 놀라운 사실이 드러났습니다.

논리적인 것 외에도 그리고 그리고 또는– 유형 기능, 이러한 개별 뉴런은 다음과 같은 역할을 할 수 있습니다. ‘독점적인’ 또는 (XOR) 교차로다른 신호가 특정 스타일로 분류된 경우에만 신호를 허용합니다.

“전통적으로, XOR “이 프로세스에는 네트워크 솔루션이 필요하다고 믿었습니다.” 연구원들은 다음과 같이 썼습니다..

dCaAP 단백질이 전체 뉴런과 살아있는 시스템에서 어떻게 작동하는지 이해하려면 더 많은 노력이 필요합니다. 이러한 단백질이 인간이 만든 것인지, 아니면 비슷한 메커니즘이 동물계의 다른 곳에서 진화했는지는 말할 것도 없습니다.

기술은 또한 더 나은 장치를 개발하는 방법에 대한 영감을 얻기 위해 우리의 신경계를 찾습니다. 개별 셀에 더 많은 트릭이 있다는 사실을 알면 트랜지스터를 상호 연결하는 새로운 방법이 탄생할 수 있습니다.

단일 뉴런에 내장된 이 새로운 추론 도구가 어떻게 더 높은 기능으로 변환되는지는 미래의 연구자들이 대답해야 할 질문입니다.

이 연구는 과학.

이 기사의 원본 버전은 2020년 1월에 게시되었습니다.