Naučnici su identifikovali jedinstveni oblik ćelijske poruke koja se javlja u ljudskom mozgu, otkrivajući koliko još treba da naučimo o njegovom misterioznom unutrašnjem radu.
Uzbudljivo, ovo otkriće nagoveštava da bi naši mozgovi mogli biti još moćnije jedinice proračuna nego što smo mislili.
Još 2020. godine, istraživači sa instituta u Nemačkoj i Grčkoj su izvestili o mehanizmu u spoljašnjim kortikalnim ćelijama mozga koji sam proizvodi novi „gradirani“ signal, koji bi mogao da obezbedi pojedinačnim neuronima još jedan način da obavljaju svoje logičke funkcije.
Merenjem električne aktivnosti u delovima tkiva koji su uklonjeni tokom operacije kod pacijenata sa epilepsijom i analizom njihove strukture pomoću fluorescentne mikroskopije, neurolozi su otkrili da pojedinačne ćelije u korteksu koriste ne samo uobičajene jone natrijuma za „paljenje“, već i kalcijum.
Ova kombinacija pozitivno naelektrisanih jona pokrenula je talase napona koji nikada ranije nisu viđeni, koji se nazivaju dendritični akcioni potencijali posredovani kalcijumom, ili dCaAP.
Mozak – posebno one ljudske vrste – često se poredi sa kompjuterima. Analogija ima svoje granice, ali na nekim nivoima obavljaju zadatke na sličan način.
Oba koriste snagu električnog napona za obavljanje različitih operacija. U računarima je to u obliku prilično jednostavnog protoka elektrona kroz raskrsnice koje se nazivaju tranzistori.
U neuronima, signal je u obliku talasa otvaranja i zatvaranja kanala koji razmenjuju naelektrisane čestice kao što su natrijum, hlorid i kalijum. Ovaj puls tekućih jona naziva se akcioni potencijal.
Umesto tranzistora, neuroni upravljaju ovim porukama hemijski na krajevima grana zvanih dendriti.
„Dendriti su centralni za razumevanje mozga jer su u srži onoga što određuje računarsku moć pojedinačnih neurona“, rekao je neuronaučnik sa Univerziteta Humboldt Metju Larkum Volteru Bekvitu u Američkom udruženju za unapređenje nauke u januaru 2020.
Dendriti su semafori našeg nervnog sistema. Ako je akcioni potencijal dovoljno značajan, može se preneti na druge nerve, koji mogu blokirati ili preneti poruku.
Ovo je logična osnova našeg mozga – talasi napona koji se mogu preneti zajedno u dva oblika: ili poruka I (ako se aktiviraju x i y, poruka se prenosi dalje); ili poruku ILI (ako se aktivira x ili y, poruka se prosleđuje).
Verovatno, nigde ovo nije složenije nego u gustom, naboranom spoljašnjem delu ljudskog centralnog nervnog sistema; cerebralni korteks. Dublji drugi i treći sloj su posebno debeli, prepuni grana koje obavljaju funkcije visokog reda koje povezujemo sa senzacijom, mišlju i motoričkom kontrolom.
Istraživači su pažljivo pogledali tkiva iz ovih slojeva, povezujući ćelije sa uređajem koji se zove somatodendritična spojnica za slanje aktivnih potencijala gore-dole po svakom neuronu, beležeći njihove signale.
„Postojao je trenutak ‘eureke’ kada smo prvi put videli dendritske akcione potencijale,“ rekao je Larkum.
Da bi se uverili da bilo kakva otkrića nisu jedinstvena za ljude sa epilepsijom, oni su dva puta proverili svoje rezultate u nekoliko uzoraka uzetih iz tumora na mozgu.
Dok je tim sprovodio slične eksperimente na pacovima, vrste signala koje su primetili kako zuje kroz ljudske ćelije bile su veoma različite.
Još važnije, kada su ćelijama dozirali blokator natrijumovih kanala zvani tetrodotoksin, ipak su pronašli signal. Samo blokiranjem kalcijuma svi su utihnuli.
Pronalaženje akcionog potencijala posredovanog kalcijumom je dovoljno interesantno. Ali modeliranje načina na koji ova osetljiva nova vrsta signala funkcioniše u korteksu otkrilo je iznenađenje.
Pored logičkih funkcija tipa I i OR, ovi pojedinačni neuroni mogu da deluju kao ‘ekskluzivne’ OR (KSOR) preseke, koje dozvoljavaju signal samo kada je drugi signal ocenjen na određeni način.
„Tradicionalno se smatralo da operacija KSOR zahteva mrežno rešenje“, napisali su istraživači.
Potrebno je uraditi više posla da bi se videlo kako se dCaAP ponašaju u celim neuronima iu živom sistemu. Da ne spominjemo da li je to ljudska stvar, ili su slični mehanizmi evoluirali negde drugde u životinjskom carstvu.
Tehnologija takođe traži inspiraciju od našeg sopstvenog nervnog sistema kako da razvijemo bolji hardver; saznanje da naše pojedinačne ćelije imaju još nekoliko trikova u rukavu moglo bi dovesti do novih načina za umrežavanje tranzistora.
Kako se tačno ovaj novi logički alat stisnut u jednu nervnu ćeliju prevodi u više funkcije je pitanje na koje će budući istraživači odgovoriti.
Ovo istraživanje je objavljeno u časopisu Science.
