"مینی‌کامپیوترهایی" که درون مغز انسان قرار دارند

قدرتمندترین کامپیوتر شناخته‌شده مغز انسان است. مغز انسان حاوی 100 میلیارد سلول عصبی یا نورون با حدود 1 کوادریلیون- یک میلیون میلیارد اتصال به نام سیناپس است که این سلول‌ها را به هم ارتباط می‌‌دهند.

نورون‌ها مانند ایستگاه‌های تقویتی برای پیام‌های الکتریکی عمل می‌کنند. مرکز هر نورون "سوما" یا "تنه" آن است- یک رشته کابل‌مانند ظریف منفرد به نام "آکسون" که از تنه خارج می‌شود پیام‌های عصبی را از نورن بیرون می‌برد، در حالیکه شاخه‌های متعدد کوتاه‌تری به نام "دندریت‌ها" که از طرف دیگر تنه خارج می‌شوند پیام‌های عصبی را به سمت نورون می‌آورند.

به گزارش لایوساینس اکنون دانشمندان دریافته‌اند که دندریت‌ها ممکن است نقشی بیش از سیم‌هایی غیرفعال داشته باشند؛ در واقع آنها ممکن است به طور فعال اطلاعات را پردازش کنند.

اسپنسر اسمیت، متخصص علوم اعصاب در دانشگاه کارولینای شمالی در چپل هیل که سرپرست این پژوهش بوده است، گفت: "ناگهان گویی که قدرت پردازش مغز بسیار عظیم‌تر از حدی شده است که ما در ابتدا تصور می‌کردیم."

شلیک‌های الکتریکی

نورون‌ها به طور معمول برای ایجاد شلیک‌ها یا اسپایک‌های الکتریکی از آکسون‌ها استفاده می‌کنند. البته پژوهش‌های پیشین نشان داده بود که بسیاری از مولکول‌های مشابه که پشتیبان شلیک‌های الکتریکی هستند در دندریت‌ها هم حضور دارند، و تجربیات با بافت مغز نشان داده بود که دندریت‌ها می‌توانند با استفاده از این مولکول‌ها خودشان این شلیک‌های الکتریکی را ایجاد کنند.

روشن نبود دکه آیا فعالیت طبیعی مغز شامل شلیک‌های دندریتی هم می‌شود یا نه، و اگر اینگونه است این شلیک‌ها چه نقشی ممکن است داشته باشند.

اسمیت و همکارانش برای بررسی این موضوع لوله‌های شیشه‌ای ظریفی به نام پی‌پت‌ها را به دندریت‌ها در نواحی از مغز موش‌ها که مسئول پردازش داده‌های آمده از چشم‌ها بود، متصل کردند.

اسمیت می‌گوید:"متصل کردن پی‌پت به دندریت‌ از لحاظ فنی کاری فوق‌العاده مشکل است. شما نمی‌توانید از هر جهتی به دندریت نزدیک شوید. و شما نمی‌توانید دندریت را ببینید. بنابراین مجبورید این کار بدون دید انجام دهید. این کار مانند ماهی‌گیری در همه جهاتی است که می‌توانید رد الکتریکی یک ماهی را ببینید."

هنگامی که این پژوهشگران توانستند این پی‌پت‌ها را به دندریت‌ها متصل کنند، فعالیت الکتریکی دندریت‌ها منفرد درون مغز موش‌های بیحس‌شده و بیدار را ثبت کردند.

اسمیت می‌گوید: "هنگامی که ما شروع به ثبت فعالیت دندریت‌ها کردیم، برایمان سخت بود که امواج شلیک‌هایی را که می‌دیدیم باور کنیم." در حالیکه از لحاظ مقایسه شلیک‌های آکسون‌ها "جدا جدا و تک‌افتاده هستند، شلیک‌های دندریتی که ما می‌دیدیم رویدادهایی شلوغ و دینامیک بودند که دارای بخش‌های اوج‌گیری و کفه‌ای بودند."

خواص پیام‌های الکتریکی ثبت‌شده از دندریت‌ها بسته خصوصیات تصاویری که به موش‌ها نشان داده می‌شد، متفاوت بود. این یافته‌ به این معنا است که دندریت‌ها ممکن است واقعا به موش‌ها در پردازش چیزهایی که می‌بینند، کمک کنند.

ابزارهای مینی کامپیوتری

مایکل هاسر در یونیورسیتی کالج لندن، یکی دیگر از این پژوهشگران می‌گوید:"این کار نشان می‌دهد که دندریت‌ها که مدت‌ها تصور می‌شد که صرفا پیام‌های ورودی را به تنه نورون منتقل می‌کنند، در عوض نقشی کلیدی در تفکیک و تفسیر سیلی از داده‌های ورودی دریافت‌شده بوسیله نورون دارد. بنابراین دندریت‌ها به عنوان وسائل کامپیوتری مینیاتوری برای شناسایی و تقویت انواع معین داده‌های ورودی عمل می‌کنند."

اسمیت در این باره می‌گوید: "تصور کنید که دارید یک قطعه از تکنولوژی موجودات فضایی را مهندسی معکوس می‌کنید، و معلوم شود آنچه فکر می‌کردید یک سیم‌کشی ساده باشد، ترانزیستوری است که اطلاعات را پردازش می‌کند. یافته‌ ما شبیه چنین وضعیتی است."

به گفته اسمیت در مجموع کارکردهایی که تصور می‌شد برای انجام آنها کل یک نورون لازم است، ممکن است فقط در یک بخش از درخت دندریتی یک نورون قابل انجام باشد. او می‌گوید: "این وضعیت به معنای ان است که یک نورون منفرد می‌تواند مانند شمار بسیار زیادی زیرواحدهای کامپیوتری عمل کند."

اما اسمیت می‌گوید گرچه روشن است که فعالیت دندریتی قدرت کامپیوتری مغز را بالا می‌برد، مشکل است میزان این تقویت را از لحاظ کمی اندازه‌گیری کرد.

این دانشمندان قصد دارند که نقش فعالیت‌ دندریتی را در جاهای دیگر مغز غیر از نواحی مربوط بینایی نیز بررسی کنند.

هاسر می‌گوید: "این نوع پردازش دندریتی ممکن است در نواحی بسیار دیگری از مغز و نیز گونه‌های جانوری متفاوت از جمله انسان‌ها نیز وجود داشته باشد. این خصوصیت جدید دندریت‌ها به جزء جدید مهمی در مجموعه ابزارهای محاسباتی در مغز افزوده می‌شود."

به گفته اسمیت این پژوهش پایه ممکن است به بررسی اختلالات مغزی هم کمک کند. او می‌گوید: "ممکن است بیماری‌هایی وجود داشته باشند که به شدت بر شلیک‌های دندریتی و در نتیجه بر کارکرد مغز اثر بگذارند، و ما می‌توانیم از این شناخت جدید از فعالیت دندریتی برای یافتن اختلال زمینه‌ای در این بیماری‌ها استفاده کنیم."