DCMedical Людський мозок, на відміну від інших видів
Дивні зміни в мозку американських дипломатів
Дендрити людини мають дуже різні електричні властивості, ніж інші види. За даними деяких досліджень, ці відмінності можуть сприяти збільшенню обчислювальних можливостей людського мозку.
Нейрони в мозку людини отримують електричні сигнали від тисяч інших клітин, а довгі нервові розширення, звані дендритами, відіграють важливу роль у включенні всієї цієї інформації, щоб клітини могли правильно реагувати.
Використовуючи важкодоступні зразки з мозкової тканини людини, неврологи тепер виявили, що дендрити людини мають інші електричні властивості, ніж інші види. Їхні дослідження показують, що електричні сигнали слабшають в міру того, як вони протікають по дендритах людини, що призводить до більшого ступеня електричної компартменталізації, а це означає, що невеликі ділянки дендритів можуть поводитися незалежно від решти нейрону.
Ці відмінності можуть допомогти збільшити обчислювальну потужність людського мозку, стверджують дослідники.
"Люди не тільки розумні, тому що у нас більше нейронів і більша кора. Знизу вгору нейрони поводяться по-різному", - говорить Марк Гарнетт, професор з розвитку мозку та когнітивних наук.
Нейронний розрахунок
Дендрити можна вважати аналогами транзисторів комп'ютера, виконуючи прості операції з використанням електричних сигналів. Дендрити отримують інформацію від багатьох інших нейронів і несуть ці сигнали до клітинного тіла. При достатній стимуляції нейрон запускає електричний імпульс, який стимулює інші нейрони. Великі мережі цих нейронів спілкуються між собою, генеруючи думки та поведінку.
Будова одного нейрона часто нагадує дерево. Попередні дослідження виявили, що сила електричних сигналів, що досягають тіла клітини, частково залежить від того, наскільки далеко вона проходить вздовж дендриту, щоб туди потрапити. По мірі поширення сигнали вони стають слабшими, тому сигнал, що доходить далеко від тіла клітини, має менший вплив, ніж той, що досягає поблизу тіла клітини.
Дендрити в корі людського мозку набагато довші, ніж у щурів, оскільки кора людини еволюціонувала набагато більше, ніж у інших видів. У людини кора займає близько 75% від загального обсягу мозку порівняно з приблизно 30% мозку щурів.
Хоча кора людини в два-три рази товщі, ніж у щурів, вона підтримує однакову загальну організацію, що складається з шести різних шарів нейронів. Нейрони шару 5 мають дендрити, достатньо довгі, щоб досягти рівня 1, а це означає, що дендрити людини повинні були подовжуватися в міру еволюції мозку людини.
У новому дослідженні команда MIT хотіла дослідити, як ці відмінності в довжині можуть вплинути на електричні властивості дендритів. Вони змогли порівняти електричну активність дендритів людини та щурів, використовуючи невеликі шматочки мозкової тканини, вилучені у пацієнтів з епілепсією, яким було проведено хірургічне видалення частини скроневої частки. Щоб дістати хворий відділ мозку, хірурги повинні видалити невеликий шматочок передньої скроневої частки.
Докази свідчать про те, що передня скронева частка не уражена епілепсією, а тканина здається нормальною при дослідженні за допомогою нейропатологічних методів, говорить Гарнетт. Здається, ця частина мозку бере участь у різних функціях, включаючи обробку мови та зображень.
Після видалення тканини дослідники помістили її в розчин, дуже схожий на спинномозкову рідину. Це дозволило їм зберігати тканину в живих до 48 годин. Вони використовували техніку, щоб виміряти, як електричні сигнали рухаються вздовж дендритів пірамідних нейронів, які є найпоширенішим типом збудливих нейронів в корі.
Унікальні особливості
Дослідники виявили, що, оскільки дендрити людини покривають більші відстані, сигнал, що протікає по дендриту людини від шару 1 до шару клітини 5, набагато слабкіший, ніж надходить, ніж сигнал, що проходить через нього. вздовж дендриту щура від шару 1 до шару 5.
Вони також показали, що дендрити людини та щурів мають однакову кількість іонних каналів, які регулюють потік струму, але ці канали виникають при меншій щільності в дендритах людини в результаті дендритного подовження. Вони також розробили детальну біофізичну модель, яка показує, що ця зміна щільності може пояснити деякі відмінності в електричній активності, що спостерігаються між дендритами людини та щурів, говорить Гарнетт.
Залишається питання: як ці відмінності впливають на інтелект людини? Гіпотеза Харнетта полягає в тому, що через ці відмінності, які дозволяють декільком областям дендриту впливати на силу вхідного сигналу, окремі нейрони можуть виконувати більш складні обчислення.