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Nuevas pistas en el misterio de las células ultra-complicadas el cerebral conocidas como neuronas

Los investigadores de USC y la Facultad de Medicina de Technion en Israel han destapado nuevas pistas en el misterio de las células ultra-complicadas el cerebral conocidas como neuronas.

Sus conclusión - apareciendo en la aplicación de este mes la neurología de la naturaleza del gorrón - contradicen una idea extensamente validada con respecto al uso “aritmético” de las neuronas a la información de proceso.

“Es asombroso que después de cientos años de investigación moderna de la neurología, todavía no conocemos las funciones de la tratamiento de la información básica de una neurona,” dijo los melios de Bartlett, un profesor adjunto en la escuela de USC Viterbi de la ingeniería y al autor que contribuye del artículo de gorrón.

“Históricamente, se ha asumido lo más a menudo posible que una neurona resume sus entradas excitadoras lineal, significando que la excitación causó por dos entradas A y B activado junto iguala la suma de excitaciones causadas por A y B presentados por separado.”

“Mostramos que la célula viola importante esa regla,” a Mel dijimos.

Las personas encontraron que la adición de la información dentro de una neurona individual depende de donde las entradas ocurren, en relación con uno a, en la superficie de la célula.

Para entender la significación de las personas el trabajo y de sus conclusión, ayuda a conocer un poco más sobre una neurona.

Toda la tratamiento de la información que ocurre en el cerebro es manejada por una membrana de neuronas. Estas células vivas vienen en una variedad de formas y de tallas, a menudo asemejándose a árboles o a arbustos.

Una neurona recibe la entrada de otras neuronas en los millares de sitios - sinapsis llamadas - dispersos a través de su superficie. Cada uno de las sinapsis genera una pequeña reacción local del voltaje cuando se activa.

Según la vista clásica de la neurona, las reacciones sinápticas fluyen abajo de la célula brazo-como las dendritas, que actúan como los cables eléctricos y acumulan en la carrocería de célula. Si la reacción total del voltaje allí es suficiente, un pico eléctrico se enciende, se lleva abajo del axón de la célula y se comunica a los centenares o a los millares de otras neuronas.

Las “pruebas recientes sugieren que la historia no sea muy que simple, aunque,” Mel dijo. “Las señales de entrada pueden obrar recíprocamente con uno a en las dendritas y se pueden profundo transformar en su manera a la carrocería de célula.”

“Particularmente,” los melios adicionales, los “brazos individuales del árbol dendrítico pueden, en determinadas circunstancias, generar los picos locales que amplifican grandemente reacciones sinápticas localmente dentro del árbol dendrítico.”

Las personas se establecieron para establecer la “aritmética” usada por la neurona para combinar sus numerosas entradas sinápticas, centrándose en la neurona pirámide-dada forma que compone el bulto de la materia gris cortical del cerebro.

Los experimentos conducto en Haifa, Israel de Alon Polsky, autor importante del papel y el estudiante de tercer ciclo en Technion, y la Jackie Schiller, autor que contribuía e investigador co-principal.

Usando rebanadas de tejido cerebral cortical de ratas, Polsky y Schiller situaron las neuronas piramidales individuales, llenadas les del tinte para los propósitos de la visualización (las células son de otra manera transparentes) y, usando los electrodos extracelulares, estimularon las células muy cerca a sus brazos dendríticos.

Mientras que registraban el voltaje en la carrocería de célula, las personas entregarían descargas eléctricas a través de uno o dos electrodos estimulantes dirigidos a las ubicaciones diferentes en el árbol dendrítico, por ejemplo, al mismo o a los diversos brazos dendríticos.

Entonces compararían la reacción del voltaje en la carrocería de célula mientras que las dos entradas por separado y después fueron activadas primero junto.

“La cosa potente sobre el método [de Schiller] es que usted puede ver donde usted está estimulante porque el tinte crece sinapsis poco más brillantes se activa dondequiera que,” dijo los melios, que trabajaron con las personas remotamente de USC colaborando en el análisis del diseño y de datos del experimento.

“Usted puede dirigir los estímulos a las situaciones espaciales muy específicas en la célula y comenzar a observar una qué situación de la diferencia hace. Que la vieja situación del ` de la frase de las propiedades inmobiliarias, situación, situación' es verdad para las neuronas también.”

Los datos mostraron que tres diversos decorados podrían ocurrir cuando dos electrodos A y B fueron utilizados para estimular el mismo brazo dendrítico:

• Si la reacción total a las dos entradas (los electrodos A y B) las caídas abajo del umbral local de la despedida del brazo, la adición parecen lineales - A más el B.

• Si las dos entradas son apenas fuertes bastante que juntas cruzan el umbral local, la adición parece superlinear - más que A más el B.

• Si cada entrada individual es bastante fuerte cruzar el umbral local en sí mismo, la adición es sublineal - menos que A más el B.

Los melios explicaron el punto pasado de esta manera: “Si dos personas están intentando construir un fuego junto y cada uno tienen un fósforo, el fuego no es quemadura que va dos veces tan brillante o dos veces como los gracias calientes al segundo fósforo, una vez que se comienza ya con el primer. El segundo fósforo es inútil.”

En contraste con la adición de las entradas entregadas al mismo brazo, los investigadores encontraron que la adición de entradas en diversos brazos dendríticos parecía siempre lineal - como el alumbrado dos fuegos separados.

Las conclusión soportan un estudio de 2003 modelados realizado en el laboratorio del melio, en el cual él y el estudiante de tercer ciclo Panayiota Poirazi predijeron que las neuronas piramidales se comportarían de esta manera. Ésta era la primera prueba experimental de esas predicciones.

“Así pues, ahora pensamos en la neurona en términos de modelo de la dos-capa,” Mel dijo. “La primera capa de tramitación ocurre dentro de brazos dendríticos separados. Cada brazo agrega independientemente hacia arriba las entradas a ese brazo, y después aplica su propia ausencia de linealidad local de la formación de umbrales.”

“En la segunda capa de tramitación,” melios adicionales, “los resultados de todos los brazos diferentes se agregan juntos lineal en la carrocería de célula, donde ayudan a determinar el régimen de la despedida total de la célula.”

Mientras que los resultados son prometedores, las personas están seguras que ésta no es la palabra final en la neurona piramidal.

“Indudablemente, esto sigue siendo un modelo demasiado simple,” Mel dijo. “Solamente el modelo de la dos-capa es una mejor descripción, él parece, que asumir que la neurona está combinando simple todo lineal de por todas partes. Eso no es sin obstrucción lo que muestran estos datos.”

Según melios, una complejidad adicional de la cual debe ser ocupado eventual es que las entradas sinápticas que llegan a lo más pieza alejada de la neurona - llamó el penacho apical - pueden obrar recíprocamente de maneras sutiles con las entradas que llegan en las dendritas básicas, más cercano a la carrocería de célula.

“Ahora quisiéramos ver si necesitamos extender el modelo de la dos-capa hacia adentro a un modelo de la tres-capa,” a Mel dijimos. “Puede ser que las dendritas básicas y apicales cada uno se comporten como hemos estado diciendo, pero cuando obran recíprocamente con uno a hay una acción recíproca no lineal adicional que ocurre entre ellos.”

El melio acentúa que las reglas “aritméticas” él y sus colegas encontrados en neuronas piramidales pueden no aplicarse a todas las neuronas en el cerebro.

“Hay otras neuronas que tienen diversas formas, las entradas, las morfologías y los canales del ión,” él dijo. “Pudo haber docena diversas respuestas a la pregunta, dependiendo de qué neurona usted está observando.”

Mientras que miente mucho más trabajo delante, las nuevas técnicas de proyección de imagen, los modelos realistas y los procedimientos de laboratorio modernos están haciendo la tarea de entender las neuronas complicadas del cerebro al lote entero más fácil.

En el extremo, Mel dijo, las lecciones doctas de las neuronas individuales serán cruciales avance comprensión a los investigadores' del cerebro en conjunto.

“Tendemos a ver el cerebro como computador,” él dijo. “Si queremos imaginar cómo esta computador funciona, debemos primero saber funcionan sus piezas separadas.”