Lärmauswirkungen in Ionenkanäle im Gehirn sind viel größer als bisher angenommen

Addressing ein aktuelles Thema in den Neurowissenschaften, Aldo Faisal und Simon Laughlin von der Universität Cambridge untersucht die Zuverlässigkeit von dünnen Axonen zur Übertragung von Informationen.

Sie zeigen, dass Lärm-Effekte in Ionenkanäle im Gehirn viel größer sind als bislang angenommen, was bedeutet, die Treue der Übertragung gefährdet ist.

Neuronen in der Großhirnrinde des Gehirns kann eine Verkabelung Dichte von bis zu 4 km pro mm3 haben mit unglaublich dünne Axone wie Drähte, mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,3 Mikrometern (1'm ist der millionste Teil eines Meters). Obwohl, wie in Computer-Chips, spart dieser Miniaturisierung auf Platz und Energie, erhöht sich der Lärm durch thermodynamische Fluktuationen in einem Neuron auf eine andere Netzspannung Ionenkanälen eingeführt. Axone verwenden Aktionspotential (AP), um Informationen schnell und zuverlässig an Synapsen übertragen, aber die Zuverlässigkeit der Übertragungen nach unten Fasern von weniger als 0,5 'm Durchmesser wurde bis zu diesem Papier nicht bekannt.

Anhand von detaillierten Modellen von Nagetier und Tintenfisch Axonen und stochastische Simulationen, führten die Autoren Experimente, jetzt in PLoS Computational Biology, die mehrere Monate in Anspruch nahm, um ein paar Millisekunden Echtzeit in das Gehirn zu simulieren veröffentlicht. Sie zeigen, wie Wärmeleitung entlang solcher dünne Axone durch die probabilistische Natur der Spannungs-gesteuerte Ionenkanäle (Kanalrauschen) betroffen ist. Kanalrauschen zerstört Informationen in der AP, und sie zu dem Schluss, dass diese Effekte sehr viel größer als bisher angenommen und muss daher berücksichtigt bei künftigen Untersuchungen der neuronalen Kodierung und die Zuverlässigkeit der synaptischen Übertragung ergriffen werden sollen.

http://www.plos.org