Лечение неврологических расстройств

Новое исследование UCLA может изменить понимание учеными того, как работает мозг, — и это может привести к новым подходам к лечению неврологических расстройств и разработке компьютеров, которые «думают» больше как люди.

Основное внимание в исследовании уделялось структуре и функции дендритов, которые являются компонентами нейронов, нервных клеток в головном мозге. Нейроны большие, древовидные структуры, состоящие из тела, сомы, с многочисленными ветвями, называемыми дендритами, простирающимися наружу. Сома генерирует короткие электрические импульсы, называемые «спайками», для того, чтобы соединяться и общаться друг с другом. Ученые в целом полагали, что соматические шипы активируют дендриты, которые пассивно посылают токи в сомы других нейронов, но это никогда не подвергалось прямым испытаниям. Этот процесс является основой для формирования и хранения воспоминаний.

Ученые считают, что это была основная роль дендритов.

Но команда UCLA обнаружила, что дендриты — это не просто пассивные каналы. Их исследование показало, что дендриты являются электрически активными в животных, которые передвигаются свободно, создавая почти в 10 раз больше шипов, чем сомы. Находка бросает вызов давней вере в то, что спайки в соме являются основным способом восприятия, обучения и формирования памяти.

«Дендриты составляют более 90 процентов нервной ткани, — говорит нейрофизик UCLA Майанк Мехта, старший автор исследования. «Зная, что они гораздо более активны, чем сома, коренным образом меняет характер нашего понимания того, как мозг вычисляет информацию. Это может проложить путь к пониманию и лечению неврологических расстройств, а также к разработке компьютеров типа мозга».

Исследование опубликовано в выпуске журнала Science за 9 марта.

Ученые в целом считали, что дендриты смиренно посылали токи, которые они получали от синапса клетки (соединение двух нейронов) с сомой, что в свою очередь порождало электрический импульс. Считалось, что эти короткие электрические всплески, известные как соматические спайки, лежат в основе нейронных вычислений и обучения. Но новое исследование показало, что дендриты генерируют свои собственные всплески в 10 раз чаще, чем сомы.

Исследователи также обнаружили, что дендриты вызывают большие колебания напряжения в дополнение к шипам; Всплески являются бинарными событиями «все или ничего». Сомы генерировали только всплески «все или ничего», как это делают цифровые компьютеры. В дополнение к созданию подобных пичков, дендриты также генерировали большие, медленно меняющиеся напряжения, которые были даже больше, чем пики, что указывает на то, что дендриты выполняют аналоговые вычисления.

«Мы обнаружили, что дендриты являются гибридами, которые выполняют как аналоговые, так и цифровые вычисления, которые, следовательно, принципиально отличаются от чисто цифровых компьютеров, но в некоторой степени аналогичны квантовым компьютерам, которые являются аналоговыми», сказал Мехта, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, неврологии и Нейробиологии. «Основополагающая вера в нейронауку заключается в том, что нейроны — это цифровые устройства, которые либо генерируют всплеск, либо нет. Эти результаты показывают, что дендриты ведут себя не просто как цифровое устройство. Дендриты действительно генерируют цифровые всесопротивления, но Они также показывают большие аналоговые колебания, которые не все или ничто. Это — главный отход от того, что неврологи верили приблизительно в течение 60 лет. »

Поскольку дендриты почти в 100 раз больше по объему, чем нейронные центры, сказал Мехта, большое количество дендритных спайков может означать, что мозг имеет более чем в 100 раз большую вычислительную мощность, чем считалось ранее.

Недавние исследования в срезах головного мозга показали, что дендриты могут генерировать шипы. Но не было ни ясно, что это может произойти во время естественного поведения, и как часто. Измерение электрической активности дендритов при естественном поведении долгое время было проблемой, потому что они такие тонкие: в исследованиях с лабораторными крысами ученые обнаружили, что размещение электродов в самих дендритах во время движения животных действительно убило эти клетки. Но команда UCLA разработала новую методику, которая заключается в размещении электродов вблизи дендритов, а не в них.

Используя этот подход, ученые измерили активность дендритов в течение четырех дней у крыс, которым было разрешено свободно перемещаться внутри большого лабиринта. Проводя измерения из задней теменной коры, той части мозга, которая играет ключевую роль в планировании движения, исследователи обнаружили гораздо большую активность в дендритах, чем в сомах — примерно в пять раз больше шипов, пока крысы спали, и До 10 раз больше, когда они исследовали.

«Многие предшествующие модели предполагают, что обучение происходит, когда клеточные тела двух нейронов активны одновременно», — сказал Джейсон Мур, научный сотрудник UCLA и первый автор исследования. «Наши результаты показывают, что обучение может происходить, когда входной нейрон активен одновременно с активностью дендрита, и может быть, что различные части дендритов будут активны.

Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s