Jaunatklāts neirons varētu palīdzēt saglabāt smadzeņu šūnas sinhronizācijā


Ilgstošs strīds neirozinātnes centros uz vienkāršu jautājumu: kā smadzenēs esošie neironi dalās ar informāciju? Protams, ir labi zināms, ka neironus savieno sinapses un ka tad, kad viens no tiem aizdegas, tas nosūta elektrisko signālu citiem ar to savienotajiem neironiem. Bet šis vienkāršais modelis rada daudz neatbildētu jautājumu, piemēram, kur tieši neironu apšaudē tiek glabāta informācija? Šo jautājumu atrisināšana varētu mums palīdzēt saprast domas fizisko raksturu.

Divas teorijas mēģina izskaidrot, kā neironi kodē informāciju, ātruma koda modeli un īslaicīgā koda modeli. Likmes koda modelī galvenā iezīme ir neironu aizdegšanās ātrumam: saskaitiet tapas skaitu noteiktā laika intervālā, un šis skaitlis sniedz jums informāciju. Laika koda modelī relatīvais laiks starp apšaudēm ir svarīgāks – informācija tiek saglabāta noteiktā intervālu shēmā starp smailēm, neskaidri kā Morzes kods. Bet pagaidu koda modelim ir grūts jautājums: ja plaisa ir “garāka” vai “īsāka”, tai jābūt garākai vai īsākai attiecībā pret kaut kas. Lai pagaidu koda modelis darbotos, smadzenēm ir jābūt sava veida metronomam, vienmērīgam ritmam, lai spraugas starp šaušanas varētu saglabāt nozīmi.

Katrā datorā ir iekšējs pulkstenis, lai sinhronizētu savas darbības dažādās mikroshēmās. Ja laika koda modelis ir pareizs, smadzenēm vajadzētu būt kaut kam līdzīgam. Daži neirozinātnieki apgalvo, ka pulkstenis atrodas gamma ritmā, daļēji regulārā smadzeņu viļņu svārstībās. Bet tas nepaliek konsekvents. Tas var paātrināt vai palēnināt atkarībā no tā, ko cilvēks piedzīvo, piemēram, spilgtu gaismu. Šāds svārstīgs pulkstenis nešķita pilns stāsts par to, kā neironi sinhronizē savus signālus, izraisot dedzīgas nesaskaņas laukā par to, vai gamma ritms vispār kaut ko nozīmē.

Tieši tāpēc Brauna universitātes pētnieki Kristofers Mūrs un Hyeyoung Shin, kuri pēta gamma ritmus, bija pārsteigti, kad atrada neironu tipu, kas ne tikai izšāva relatīvi vienmērīgā ātrumā, bet arī uzturēja šo ātrumu neatkarīgi no stimula.

"Tas uzreiz liek domāt, ka šeit notiek kaut kas interesants, ko mēs vienkārši vēl neesam redzējuši," saka Mūra. "Kaut kas liels tur slēpjas." Mūra un Šīna rezultāti jūlijā tika publicēti žurnālā Neirons.

Mūra grupa jau iepriekš bija pierādījusi, ka pelēm mākslīgi vadot dabiskos gamma ritmus, grauzēji palīdzēja grauzējiem atklāt viņu ūsu vājākus pieskārienus; viņu spēja atklāt šos vājos pieskārienus tiek interpretēta kā starpnieks tam, cik viņi ir uzmanīgi. Šajā nesenajā pētījumā Šīna atkal bija tik ļoti vāji pieskārusies pelēm uz ūsām, bet šoreiz viņa tuvāk apskatīja inhibējošo neironu lomu šajā procesā. Inhibējošie neironi regulē apkārt esošo neironu darbību, pārliecinoties, ka smadzenēs nav izsīkušu elektrības pārrāvumu. Viņi arī veicina gamma ritmu smadzenēs.

Viņa atrada trīs inhibējošo neironu veidus: viens tips, kura šaušana radās ar viskūrīgāku pieskārienu, viens tips, kas šķita izšaujams nejauši, un viens tips, kas ar pārsteidzošu regularitāti parādījās gamma ritma frekvencē.

Kalifornijas universitātes Sanfrancisko neirozinātniekam Vikaasam Sohalam, kurš nebija iesaistīts darbā, šo šūnu atklāšana varētu palīdzēt laukam attālināties no konfliktiem par gamma ritmiem.

"Es domāju, ka tas ir patiešām aizraujoši," saka Sohal. Viņš saka, ka neirozinātnieki gamma ritmu mērķi ir apsvēruši ļoti vispārīgā veidā, taču šo neironu atklāšana liek domāt, ka viņiem varētu būt specifiskākas funkcijas. "Tas patiešām paplašina domāšanas veidu par gamma svārstībām, un tas ir svarīgi, jo gamma svārstības ir bijušas ļoti diskutabls temats."

Dažiem pētniekiem debašu otrajā pusē tas, ka šīs šūnas tika atklātas pelēm, ir iemesls pārtraukumam.

"Man šķiet, ka ir grūti zināt rezultāta nozīmi," saka Tonijs Movsons, Ņujorkas universitātes neirozinātnieks, kurš pagātnē ir kritiski izteicies par laika koda modeli. "Ja šīs šūnas būtu plaši izplatītas, tās noteikti būtu atklātas jau iepriekš." Viņš saka, ka tas liek domāt, ka šīs šūnas ir unikālas pelēm. Sohal tomēr tam nepiekrīt.

"Tik daudz lietu, kad mēs atklājam šūnas un to reakcijas, ir ne mazums neirozinātnes," viņš saka. "Ļoti iespējams, ka tie pastāv, un mēs vienkārši neesam atraduši pareizo veidu, kā tos identificēt."

Ir arī citas mīklas, kuras jāatrisina. Parasti smadzeņu gamma ritmu nosaka, summējot visu smadzeņu elektrisko aktivitāti, ko sauc par lokālā lauka potenciālu. Bet ritms šajās jaunatklātajās šūnās neatbilda vietējā lauka potenciāla kopējam gamma ritmam. Indijas Zinātnes institūta pētnieks Supratims Rajs domā, ka šis atklājuma aspekts prasa turpmāku izpēti.

Ja viņš patiešām saka, ka šūnas ir līdzīgas pulksteņiem, tad viņu laika uzskaites pazīmēm vajadzētu parādīties vietējā lauka potenciāla ritmā. "Un viņi to neredz," saka Rejs. "Tas ir gandrīz kā kluss pulkstenis." Mūram tā var būt zīme, ka gamma ritmi ir nozīmīgāki vietējā mērogā, nevis kā globāls signāls.

"Var būt daudz jēgas, ka gammā ritmiem ir nozīme smadzenēs," saka Mūra. Tā vietā, lai izmērītu šī ritma kopējo signālu pa visām smadzenēm, neirozinātniekiem, iespējams, vajadzēs aplūkot vairākus signālus, katrs no tiem veido kādu mazāku smadzeņu daļu. "Jums ir jānoiet līdz vietējo neironu grupu līmenim, lai tiešām redzētu, ko viņi dara."

Papildus tam, lai izpētītu saiknes trūkumu starp šo šūnu ritmu un smadzenēm kopumā, Mūrs un Šīns vēlas arī meklēt šīs šūnas citos smadzeņu reģionos un pārliecināties, vai, vadot tās, peles var labāk noteikt ūsu pieskārienus . Vissvarīgākais ir tas, ka viņi vēlas atrast šīs šūnas cilvēka smadzenēs, lai varbūt atrisinātu noslēpumu par to, kā neironi pārraida informāciju viens otram ar neko citu kā nelielu elektrības pārrāvumu.


Vairāk lielisku VADU stāstu