فرادید/ در اوایل سال گذشته، محققان موسسات در آلمان و یونان سازوکاری را در سلول‌های بیرونی قشر مغز گزارش کردند که سیگنال «درجه بندی شده» جدید را به تنهایی تولید می‌کند، سیگنالی که می‌تواند نورون‌های فردی را با روش دیگری برای انجام عملکرد‌های منطقی خود فراهم کند.
به گزارش فرادید؛ متخصصان مغز و اعصاب با اندازه گیری فعالیت الکتریکی در بخش‌هایی از بافت که در حین جراحی بر روی بیماران صرعی برداشته شده و تجزیه و تحلیل ساختار آن‌ها با استفاده از میکروسکوپ فلورسنت، دریافتند که سلول‌های منفرد در قشر نه تنها از یون‌های سدیم معمول برای آتش سوزی بلکه از کلسیم نیز استفاده می‌کنند.
این ترکیب از یون‌های دارای بار مثبت موج‌های ولتاژ را که قبلاً هرگز دیده نشده بودند، به عنوان یک پتانسیل عمل دندریتیک با واسطه کلسیم یا dCaAPs به وجود آورد.
مغز‌ها – به ویژه مغز‌های مختلف انسان – اغلب با رایانه مقایسه می‌شوند. این قیاس محدودیت‌های خود را دارد، اما در برخی از سطوح، این دو، وظایف را به روش‌های مشابه انجام می‌دهند.
هر دو از توان ولتاژ برق برای انجام عملیات مختلف استفاده می‌کنند. در رایانه‌ها به صورت یک جریان نسبتاً ساده الکترون از طریق تقاطع‌هایی به نام ترانزیستور است. در نورون‌ها، سیگنال به شکل موجی از کانال‌های باز و بسته است که ذرات باردار مانند سدیم، کلرید و پتاسیم را مبادله می‌کند. به این نبض یون‌های در حال جریان پتانسیل عمل گفته می‌شود. به جای ترانزیستور، سلول‌های عصبی این پیام‌ها را به صورت شیمیایی در انتهای شاخه‌هایی به نام دندریت مدیریت می‌کنند.
متیو لارکوم، متخصص علوم مغز و اعصاب دانشگاه هومبولد، به والتر بکویث در انجمن پیشرفت علوم آمریکا در ژانویه سال ۲۰۲۰ گفته است: «دندریت‌ها در درک مغز مهم هستند، زیرا در هسته اصلی تعیین کننده قدرت محاسباتی سلول‌های عصبی منفرد قرار دارند.»
دندریت‌ها مانند چراغ راهنمایی سیستم عصبی ما هستند. اگر پتانسیل عملی به اندازه کافی قابل توجه باشد، می‌تواند به سایر اعصاب منتقل شود که می‌تواند پیام را مسدود یا منتقل کند.
این زیربنای منطقی مغز ما است – موج‌های ولتاژ که می‌توانند بصورت جمعی به دو شکل برقرار شوند: یا یک پیام AND (اگر x و y فعال شوند، پیام منتقل می‌شود)؛ یا یک پیام OR (اگر x یا y فعال شود، پیام منتقل می‌شود).
مسلماً، هیچ کجا پیچیده‌تر از قسمت متراکم و چروکیده سیستم عصبی مرکزی انسان نیست. قشر مغز لایه‌های عمیق دوم و سوم به ویژه ضخیم هستند، مملو از شاخه‌هایی هستند که عملکرد‌های مرتبه بالایی را انجام می‌دهند که ما آن‌ها را با احساس، فکر و کنترل حرکتی مرتبط می‌کنیم.
بافت‌هایی از این لایه‌ها بود که محققان با دقت بررسی کردند و سلول‌های آنرا را به دستگاهی به نام گیره پچ سوماتودندریت متصل کردند تا پتانسیل‌های فعال را به سمت بالا و پایین هر نورون ارسال کنند و سیگنال‌های آن‌ها را ضبط کنند.
لارکوم میگوید: «یک لحظه احساس سرخوشی از اکتشاف را داشتم که ما برای اولین بار پتانسیل عمل دندریتیک را می‌دیدیم.»
برای اطمینان از اینکه یافته‌ها فقط مختص به افراد مبتلا به صرع نباشد، آن‌ها نتایج خود را در تعداد معدودی از نمونه‌های گرفته شده از تومور‌های مغزی بررسی کردند.
در حالی که تیم، آزمایشات مشابهی را بر روی موش‌ها انجام داده بودند، انواع سیگنال‌هایی که مشاهده می‌کنند از طریق سلول‌های انسانی وزوز می‌کنند بسیار متفاوت است.
از همه مهمتر، هنگامی که آن‌ها سلول‌ها را با یک مسدود کننده کانال سدیم به نام تترودوتوکسین دوز می‌دادند، هنوز یک سیگنال پیدا می‌کردند. فقط با مسدود کردن کلسیم، همه ساکت شدند.
یافتن یک پتانسیل عمل با واسطه کلسیم به اندازه کافی جالب است. اما مدل سازی نحوه کار این نوع حساسیت جدید از سیگنال در قشر، تعجب را نشان داد.
علاوه بر توابع منطقی AND و از نوع OR، این نورون‌های منفرد می‌توانند به عنوان تقاطع‌های “انحصاری” یا OR (XOR) عمل کنند، که فقط در صورت درجه بندی سیگنال دیگری به روشی خاص اجازه سیگنال را می‌دهند.
محققان بیان داشتند که: «به طور سنتی، تصور می‌شد که عملیات XOR به یک راه حل شبکه نیاز دارد.»
برای دیدن چگونگی رفتار dCaAP در کل سلول‌های عصبی و در یک سیستم زنده، کار بیشتری باید انجام شود. نیازی به ذکر نیست که این یک امر انسانی است یا مکانیسم‌های مشابهی در جا‌های دیگر پادشاهی حیوانات تکامل یافته اند.
فناوری همچنین به دنبال الهام از سیستم عصبی خود در مورد چگونگی تولید سخت افزار بهتر است. دانستن اینکه سلول‌های شخصی ما چند ترفند دیگر در آستین دارند می‌تواند به روش‌های جدیدی برای ترانزیستور‌های شبکه منجر شود.
اینکه دقیقاً چگونه این ابزار منطقی جدید که به یک سلول عصبی منقبض شده تبدیل می‌شود به عملکرد‌های بالاتر تبدیل می‌شود، سوالی است که محققان آینده باید به آن پاسخ دهند.
این تحقیق در مجله‌ی Science منتشر شده است.
منبع: ScienceAlert