Uusia johtolankoja osaksi mysteeri aivojen erittäin monimutkainen soluja kutsutaan hermosolujen

Niiden tulokset - esiintyvät tämän kuukauden lehden Nature Neuroscience - ristiriidassa yleisesti hyväksytty ajatus koskien "aritmeettinen" neuronien käyttää tietojen käsittelyyn.

"On hämmästyttävää, että kun sata vuotta nykyaikaisen neurotieteen huippuyksikkö, emme vieläkään tiedä perustiedot käsittelyn toiminnot neuroni", sanoi Bartlett Mel, dosentti USC Viterbi School of Engineering ja tekijän-lehden artikkeli .

"Historiallisesti se on useimmiten oletetaan, että aivosolujen kiteyttää sen kiihottavaa tuloa lineaarisesti, eli heräte aiheuttaa kaksi tuloa ja B aktivoidaan yhdessä sama summa herätteiden aiheuttamia ja B esitetään erikseen."

"Osoitamme, että solun merkittävästi rikkoo tätä sääntöä," Mel sanoi.

Tiimi totesi, että summattu tieto sisällä yksittäisen hermosolun riippuu siitä, missä tulot esiintyy, suhteessa toisiinsa, pinnalla solun.

Ymmärtää tiimin työtä ja merkitys havainnoistaan, auttaa kun tietää hieman enemmän aivosolujen.

Kaikki tietojenkäsittelyn, jotka tapahtuvat aivoissa hoitaa web neuronien. Nämä elävät solut tulevat eri muotoisia ja kokoisia, usein muistuttavat puita tai pensaita.

Neuroni käyttää apunaan muiden neuronien klo tuhansia sivustoja - nimeltään synapsien - hajallaan sen pintaa. Jokainen synapsien tuottaa pieniä paikallisia jännite vastauksen, kun se on aktivoitu.

Mukaan klassisen näkymä neuroni, synaptic vastausten virtaus alas solun haara kaltainen dendrites, jotka toimivat kuten sähkökaapeleiden ja kerääntyä solu kehossa. Jos yleinen jännite vaste on riittävä, sähkö piikki on välähtänyt, kannettiin alas solun Axon ja toimittaa satoja tai tuhansia muita neuronien.

"Viimeaikaiset todisteet osoittavat, tarina ei ole aivan näin yksinkertainen, vaikka" Mel sanoi. "Tulosignaalit voivat olla vuorovaikutuksessa toistensa dendrites ja voi olla syvästi muuttunut matkalla solu kehossa."

"Erityisesti" Mel lisäsi, "yksittäiset oksat dendritic puu voi tietyissä olosuhteissa synnyttää paikallista piikkejä, jotka suuresti lisätä synaptic vastauksia paikallisesti dendritic puu."

Joukkue lähti luomaan "aritmeettinen" käyttämä neuroni yhdistää monia synaptic tuloa keskittyen pyramidin muotoinen hermosolu, joka muodostaa pääosan aivojen aivokuoren harmaa aine.

Kokeet tehtiin Haifa, Israel on Alon Polsky, johtaa kirjoittajan ja jatko-opiskelija Technion, ja Jackie Schiller, tekijän ja yhteistyötä päätutkija.

Käyttämällä viipaletta aivokuoren aivokudoksen päässä rottia, Polsky ja Schiller sijaitsevat yksittäiset pyramidin neuronien, täytti heidät väriaine visualisointi tarkoituksiin (solut ovat muuten läpinäkyvää) ja käyttäen solunulkoinen elektrodit, stimuloi solujen hyvin lähellä heidän dendritic oksat.

Nauhoituksen jännite solun elin, joukkue antaisi kriiseihin yhden tai kahden stimuloiva elektrodit suunnattu eri paikkoihin dendritic puu, esimerkiksi saman tai eri dendritic oksat.

Ne sitten verrata jännite vastetta solun elin kuin kaksi tuloa oli ottaa ensin erikseen ja sitten yhdessä.

"Voimakas juttu [Schillerin] menetelmä on, että näet missä olet stimuloiva koska väriaine kasvaa hieman kirkkaampi missä synapsien aktivoituvat", sanoi Mel, joka työskenteli joukkue etäyhteyden USC tekemällä yhteistyötä kokeilun suunnittelu ja tietojen analysointia.

"Voit suoraan virikkeitä hyvin konkreettisessa fyysisessä sijainnit solun ja alkaa tarkastella mitä eroa sijaintinsa ansiosta. Se vanha kiinteistö lause "sijainti, sijainti, sijainti" pätee neuronien samoin. "

Tiedot osoittivat, että kolme erilaista saattoi sattua kaksi elektrodia ja B käytetään edistää samalla dendritic haara:

• Jos koko vastaus kaksi tuloa (elektrodit ja B) alittaa sivuliikkeen paikallinen ampumisen kynnyksen, summattu näyttää lineaarinen - plus B.

• Jos kaksi tuloa on juuri tarpeeksi vahva, että yhdessä ne ylittävät paikallisen kynnys, summattu näyttää superlinear - yli plus B.

• Jos jokaisen panos on tarpeeksi vahva ylittämään paikallisen kynnyksen itsestään, summattu on sublinear - alle plus B.

Mel selitti viimeisen kohdan näin: "Jos kaksi ihmistä yrittää rakentaa palo yhdessä ja kummallakin on ottelu, palo ei aio polttaa kaksi kertaa niin kirkas tai kaksi kertaa niin kuuma ansiosta toinen ottelu, kun se on jo aloitettu ensimmäinen. Toinen ottelu on merkityksetön. "

Toisin summattu panosten toimitetaan saman alan tutkijat huomasivat, että summattu panoksia eri dendritic oksat aina näytti lineaarinen - kuten valaistus kaksi erillistä tulipaloja.

Havainnot tukevat 2003 mallinnus tehty tutkimus Mel laboratoriosta, jossa hän ja jatko-opiskelija Panayiota Poirazi ennusti pyramidin neuronien voisi käyttäytyä tällä tavoin. Tämä oli ensimmäinen kokeellinen koe näitä ennustuksia.

"Niin, me nyt ajattelemme neuroni kannalta kaksikerroksinen malli", Mel sanoi. "Ensimmäinen kerros käsittely tapahtuu sisällä erillinen dendritic oksat. Jokainen haara itsenäisesti lisää jopa panoksista että haara, ja sitten soveltaa omia paikallisia thresholding epälineaarisuus. "

"Toisessa kerros käsittelyyn," Mel lisäsi, "seurauksena kaikista eri alojen lasketaan yhteen lineaarisesti klo solun elin, jossa ne auttavat määrittämään solun koko tehoalueella."

Vaikka tulokset ovat lupaavia, joukkue on tietty tämä ei ole viimeinen sana pyramidin hermosolu.

"Epäilemättä tämä on liian yksinkertainen malli," Mel sanoi. "Mutta kaksikerroksinen malli on parempi kuvaus näyttää, kuin olettaa, että neuroni on yksinkertaisesti yhdistää kaikki lineaarisesti kaikkialla. Se ei selvästikään mitä nämä tiedot osoittavat. "

Mukaan Mel vielä yksi monimutkaisia, että on lopulta käsitellään että synaptic panokset saapuu syrjäisimmillä osa neuroni - nimeltään apikaalisella tupsu - vuorovaikutuksessa voivat hienovaraisia ​​tapoja syötteillä saapuvien pohjapinta dendrites, lähempänä solun kehon .

"Olimme nyt nähdä, jos meidän täytyy laajentaa kaksikerroksinen malli on kolmen kerroksen mallia," Mel sanoi. "Voi olla, että perusinsuliinin ja apikaalisella dendrites kukin käyttäytyä kuten olemme sanoneet, mutta kun ne ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa siellä muita epälineaarisia vuorovaikutusta, joka tapahtuu niiden välillä."

Mel korostaa, että "aritmeettinen" sääntöjä hän ja hänen kollegansa löytyy pyramidin neuronien ehkä koske kaikkia neuronien aivoihin.

"On muitakin hermosoluja, jotka ovat eri muotoisia, sisääntuloa, morfologioita ja ionikanavien", hän sanoi. "Saattaa olla tusinan verran eri vastauksia kysymykseen, riippuen siitä mitä neuron etsit osoitteessa."

Vaikka paljon työtä on edessä, uusia kuvantamismenetelmiä, realistisia malleja ja nykyaikaiset laboratorio menettelyt tekevät tehtävänä ymmärrystä aivojen monimutkainen neuronien paljon helpompaa.

Lopulta Mel sanoi, saadut kokemukset yksittäisten neuronien on ratkaisevan tärkeää edistää tutkijoiden ymmärrystä aivojen koko.

"Meillä on tapana katsella aivot kuin tietokone", hän sanoi. "Jos haluamme selvittää, kuinka tämä tietokone toimii, meidän on ensin tiedettävä, miten sen eri osat toimivat."

http://www.usc.edu