اكتشف العلماء شكلاً فريدًا من أشكال الرسائل الخلوية يحدث في دماغ الإنسان لم يسبق له مثيل من قبل. المثير في الأمر أن الاكتشاف يلمح إلى أن أدمغتنا قد تكون وحدات حسابية أكثر قوة مما كنا نظن.
في أوائل العام الماضي ، أفاد باحثون في معاهد ألمانية ويونانية بوجود آلية في الخلايا القشرية الخارجية للدماغ تنتج بمفردها إشارة “متدرجة” جديدة ، والتي يمكن أن تزود الخلايا العصبية الفردية بوسائل بديلة لأداء وظائفها المنطقية.
من خلال قياس النشاط الكهربائي في أقسام الأنسجة المأخوذة أثناء الجراحة من مرضى الصرع وتحليل بنيتهم باستخدام المجهر الفلوري ، وجد أطباء الأعصاب أن الخلايا الفردية في القشرة لا تستخدم فقط أيونات الصوديوم المعتادة من أجل “النار” ، ولكن أيضًا الكالسيوم.
أثار هذا المزيج من الأيونات موجبة الشحنة موجات من الإجهاد لم يسبق لها مثيل من قبل ، تسمى إمكانات الفعل التغصني بوساطة الكالسيوم ، أو dCaAP.
غالبًا ما تتم مقارنة الأدمغة – وخاصة تلك التي تنتمي إلى النوع البشري – بأجهزة الكمبيوتر. القياس له حدوده ، لكن في بعض المستويات يؤدون المهام بطريقة مماثلة.
كلاهما يستخدم قوة الجهد الكهربائي لأداء عمليات مختلفة. في أجهزة الكمبيوتر ، يأتي هذا في شكل تدفق بسيط إلى حد ما للإلكترونات عبر تقاطعات تسمى الترانزستورات.
في الخلايا العصبية ، تأتي الإشارة على شكل موجة من قنوات الفتح والإغلاق التي تتبادل الجسيمات المشحونة مثل الصوديوم والكلوريد والبوتاسيوم. يسمى هذا النبض من تدفق الأيونات a إمكانات العمل.
بدلاً من الترانزستورات ، تتعامل الخلايا العصبية مع هذه الرسائل كيميائيًا في نهاية الفروع تسمى التشعبات.
“التشعبات ضرورية لفهم الدماغ لأنها مركزية لما يحدد القوة الحاسوبية للخلايا العصبية المفردة” ، عالم الأعصاب بجامعة هومبولت. ماثيو لاركوم أخبر والتر بيكويث في الرابطة الأمريكية لتقدم العلوم في يناير 2020.
التشعبات هي إشارات المرور لنظامنا العصبي. إذا كانت إمكانات الفعل كبيرة بما يكفي ، فيمكن أن تنتقل إلى أعصاب أخرى ، والتي يمكن أن تمنع الرسالة أو تمررها.
هذه هي الأسس المنطقية لأدمغتنا – تموجات التوتر التي يمكن توصيلها بشكل جماعي في شكلين: إما و رسالة (إذا كانت x و يتم تشغيلها هناك ، يتم إرسال الرسالة) ؛ أو واحد أو نحو ذلك رسالة (إذا كانت x أو نحو ذلك يتم تشغيله هناك ، يتم إرسال الرسالة).
يمكن القول أنه لا يوجد مكان يكون فيه هذا الأمر أكثر تعقيدًا من الجزء الخارجي الكثيف المتجعد من الجهاز العصبي المركزي للإنسان ؛ القشرة الدماغية. الطبقة الثانية والثالثة أعمق سميكة بشكل خاص ، مليئة بالفروع التي تؤدي وظائف عالية المستوى نربطها بالشعور والتفكير والتحكم الحركي.
كانت الأنسجة في هذه الطبقات هي التي ألقى الباحثون نظرة فاحصة عليها ، وربطوا الخلايا بجهاز يسمى مشبك التصحيح الجسدي العصبي لإرسال جهود نشطة لأعلى ولأسفل كل خلية عصبية ، وتسجيل إشاراتها.
“كانت هناك لحظة ‘eureka’ عندما رأينا إمكانات الفعل التغصني لأول مرة ،” قال لاركوم.
للتأكد من أن النتائج لم تكن فريدة للأشخاص المصابين بالصرع ، أعادوا فحص نتائجهم في عدد قليل من العينات المأخوذة من أورام المخ.
بينما أجرى الفريق تجارب مماثلة على الفئران، كانت أنواع الإشارات التي لاحظوها تتنقل عبر الخلايا البشرية مختلفة تمامًا.
الأهم من ذلك ، عندما قاموا بفحص الخلايا بمانع قناة الصوديوم يسمى tetrodotoxin ، لا يزالون يعثرون على إشارة. لم يصمت الجميع إلا عن طريق منع الكالسيوم.
إن العثور على جهد فعل بوساطة الكالسيوم أمر مثير للاهتمام للغاية. لكن نمذجة كيفية عمل هذا النوع الجديد من الإشارات الحساسة في القشرة المخية كشفت عن مفاجأة.
بالإضافة إلى المنطق و و أو نحو ذلكنوع الوظائف ، يمكن أن تعمل هذه الخلايا العصبية الفردية ‘حصرية’ أو نحو ذلك (حصري أو) تقاطع طرق، والتي تسمح فقط بإشارة عندما يتم تصنيف إشارة أخرى بطريقة معينة.
”تقليديا ، حصري أو اعتبرت العملية تتطلب حل شبكة “، كتب الباحثون.
يجب القيام بالمزيد من العمل لمعرفة كيف تتصرف dCaAPs عبر الخلايا العصبية بأكملها وفي نظام حي. ناهيك عما إذا كان شيئًا بشريًا ، أو إذا تطورت آليات مماثلة في مكان آخر في مملكة الحيوان.
تتطلع التكنولوجيا أيضًا إلى نظامنا العصبي للإلهام حول كيفية تطوير مواد أفضل ؛ إن معرفة أن خلايانا الفردية لا يزال لديها بعض الحيل في جعبتها يمكن أن يؤدي إلى طرق جديدة لشبكات الترانزستورات.
بالضبط كيف يتم ترجمة هذه الأداة المنطقية الجديدة في خلية عصبية واحدة إلى وظائف متفوقة هو سؤال يجب على الباحثين في المستقبل الإجابة عليه.
تم نشر هذا البحث في العلم.
نُشرت نسخة من هذه المقالة في الأصل في كانون الثاني (يناير) 2020.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”