Um tipo de sinal nunca visto antes foi descoberto no cérebro humano

Os cientistas descobriram uma forma única de mensagem celular que ocorre no cérebro humano que nunca foi vista antes. Curiosamente, essa descoberta sugere que nossos cérebros podem ser unidades de computação mais poderosas do que imaginávamos.

No início do ano passado, pesquisadores de institutos na Alemanha e na Grécia relataram um mecanismo nas células corticais externas do cérebro que produz um novo sinal de “gradiente” por conta própria, que poderia equipar neurônios individuais para executar suas funções lógicas.

Medindo a atividade elétrica em seções de tecido removidas durante a cirurgia em pacientes com epilepsia e analisando sua estrutura usando microscopia de fluorescência, os neurologistas descobriram que células individuais no córtex cerebral usam não apenas os íons de sódio usuais para “disparar”, mas também o cálcio.

Essa combinação de íons carregados positivamente liberou ondas de voltagem nunca antes vistas, conhecidas como potenciais de ação dendrítica mediados por cálcio, ou dCaAPs.

Cérebros – especialmente os da espécie humana – são freqüentemente comparados a computadores. Essa analogia tem suas limitações, mas em alguns níveis eles realizam tarefas de maneiras semelhantes.

Ambos usam o poder do potencial elétrico para realizar operações diferentes. Em computadores, isso ocorre na forma de um fluxo bastante simples de elétrons através de junções chamadas transistores.

Nos neurônios, o sinal está na forma de uma onda de abertura e fechamento de canais que trocam partículas carregadas, como sódio, cloreto e potássio. Este pulso de íons fluindo é chamado Potencial de trabalho.

Em vez de transistores, os neurônios conduzem essas mensagens quimicamente no final de ramos chamados dendritos.

Os dendritos são fundamentais para a compreensão do cérebro porque são o núcleo do que determina o poder computacional de neurônios individuais. Matthew Larcom disse a Walter Beckwith na Associação Americana para o Avanço da Ciência em janeiro de 2020.

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Os dendritos são os sinais de trânsito do nosso sistema nervoso. Se o potencial de ação for grande o suficiente, ele pode ser transmitido a outros nervos, que podem bloquear ou transmitir a mensagem.

Estas são as razões para nossos cérebros – ondulações de voltagem que podem ser comunicadas coletivamente de duas formas: E a mensagem (se x E a y está ligado, a mensagem é passada); ou um ou mensagem (se x ou y é acionado, a mensagem é passada).

Em nenhum lugar isso pode ser dito de maneira mais complexa do que na parte externa densa e enrugada do sistema nervoso central humano; córtex cerebral. A segunda e a terceira camadas profundas são particularmente espessas, repletas de ramos que executam funções de alto nível que associamos com sensação, pensamento e controle motor.

Os pesquisadores examinaram mais de perto os tecidos dessas camadas, anexando células a um dispositivo chamado sinapse neuronal somática para enviar potenciais energéticos para cima e para baixo em cada neurônio, gravando seus sinais.

“Houve um momento ‘eureka’ quando vimos pela primeira vez o potencial da ação dendrítica,” Larcom disse.

Para garantir que qualquer descoberta não fosse exclusiva de pessoas com epilepsia, eles revisaram suas descobertas em algumas amostras de tumores cerebrais.

Enquanto a equipe conduzia experimentos semelhantes em ratos, os tipos de sinais que eles observaram viajando através das células humanas eram muito diferentes.

É importante ressaltar que quando eles dosaram as células com um bloqueador do canal de sódio chamado tetrodotoxina, eles ainda encontraram um sinal. Apenas bloqueando o cálcio, todos se acalmaram.

Encontrar um potencial de ação mediado pelo cálcio é interessante o suficiente. Mas modelar a maneira como esse novo tipo de sinal sensível funciona no córtex revelou uma surpresa.

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Além da lógica E a E a ouPelo tipo de funções, esses neurônios individuais podem funcionar ‘exclusivo’ ou (XOR) cruzamentos, que só permite um sinal quando outro sinal é categorizado de uma determinada maneira.

“Tradicionalmente, XOR Acredita-se que o processo requer uma solução de rede, ” Pesquisadores escreveram كتب.

Mais trabalho precisa ser feito para descobrir como os dCaAPs se comportam em neurônios inteiros e em um sistema vivo. Sem mencionar se era algo humano, ou se mecanismos semelhantes haviam se desenvolvido em outras partes do reino animal.

A tecnologia também busca em nosso sistema nervoso inspiração sobre como desenvolver dispositivos melhores; Saber que nossas células individuais têm alguns outros truques na manga pode levar a novas formas de transistores de rede.

Como essa nova ferramenta lógica se traduz em um único neurônio para funções superiores é uma questão a ser respondida por futuros pesquisadores.

Esta pesquisa foi publicada em Ciência.

Uma versão deste artigo foi publicada originalmente em janeiro de 2020.

Annaliese Franke

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