توانایی قابل‌توجه مغز و شناسایی اولین سیگنال‌ها در مغز انسان

همشهری آنلاین - یکتا فراهانی: دانشمندان شکل منحصربه‌فردی از پیام‌رسانی سلولی را شناسایی کرده‌اند که در مغز انسان اتفاق می‌افتد و نشان می‌دهد که ما هنوز چقدر باید در مورد عملکرد اسرارآمیز درونی آن بیاموزیم.
کشف جدید درباره مغز به طرز هیجان‌انگیزی به این موضوع اشاره می‌کند که مغز ما ممکن است واحدهای محاسباتی قوی‌تر از آنچه ما تصور می‌کردیم باشد.

مکانیسم سلول‌های قشر بیرونی مغز

در سال ۲۰۲۰، محققان مؤسسه‌هایی در آلمان و یونان مکانیسمی را در سلول‌های قشر بیرونی مغز گزارش کردند که به تنهایی یک سیگنال «درجه‌بندی‌شده» جدید تولید می‌کند؛ سیگنالی که می‌تواند به نورون‌های فردی راه دیگری برای انجام عملکردهای منطقی خود ارائه دهد.

با اندازه‌گیری فعالیت الکتریکی در بخش‌هایی از بافت برداشته‌شده در طول عمل جراحی روی بیماران صرعی و تجزیه‌وتحلیل ساختار آنها با استفاده از میکروسکوپ فلورسنت، متخصصان مغز و اعصاب دریافتند که سلول‌های منفرد در قشر مغز نه‌تنها از یون‌های سدیم معمول استفاده می‌کنند، بلکه از کلسیم نیز استفاده می‌کنند.

پتانسیل‌های عمل دندریتیک

این ترکیب از یون‌های با بار مثبت، امواج ولتاژی را ایجاد می‌کنند که قبلاً دیده نشده بود که به آن پتانسیل‌های عمل دندریتیک باواسطه کلسیم یا dCaAPs گفته می‌شود.

عملکرد مغز انسان اغلب با رایانه مقایسه می‌شود. اما این قیاس نیز محدودیت‌هایی دارد. در بعضی سطوح، وظایف را به روش‌های مشابه انجام می‌دهند.
هر دو از توان یک ولتاژ الکتریکی برای انجام عملیات های مختلف استفاده می‌کنند. در رایانه‌ها به شکل جریان نسبتاً ساده‌ای از الکترون‌ها از طریق تقاطع‌هایی به نام ترانزیستور است.

بیشتر بخوانید:

کشف منشا فیزیکی خودآگاهی در مغز

مغز ما چگونه می‌تواند تجربه‌ای از آینده داشته باشد؟

یون‌های جاری پتانسیل عمل

به گزارش سایت Sciencealert در نورون‌ها، سیگنال به‌صورت موجی از کانال‌های باز و بسته است که ذرات باردار مانند سدیم، کلرید و پتاسیم را مبادله می‌کنند. این پالس یون‌های جاری پتانسیل عمل نامیده می‌شود.

به‌جای ترانزیستورها، نورون‌ها این پیام‌ها را به‌صورت شیمیایی در انتهای شاخه‌هایی به نام دندریت مدیریت می‌کنند.

قدرت محاسباتی تک نورون‌ها

متیو لارکوم، عصب‌شناس دانشگاه هومبولت، در ژانویه ۲۰۲۰ در انجمن آمریکایی پیشرفت علم عقیده دارد دندریت‌ها برای درک مغز نقش اساسی دارند، زیرا هسته اصلی آن چیزی است که قدرت محاسباتی تک نورون‌ها را تعیین می‌کند.

دندریت‌ها چراغ‌راهنمایی سیستم عصبی ما هستند. اگر یک پتانسیل عمل به‌اندازه کافی قابل‌توجه باشدمی تواند به اعصاب دیگر منتقل شود که می‌توانند پیام را مسدود یا منتقل کنند

زیربنای منطقی مغز
این زیربنای منطقی مغز ما ست؛ امواج ولتاژی که می‌توانند به طور جمعی به دو شکل ارتباط برقرار کنند. قشر مغز لایه‌های دوم و سوم عمیق‌تر به‌خصوص ضخیم هستند و پر از شاخه‌هایی هستند که عملکردهای مرتبه بالایی را انجام می‌دهند که ما بااحساس، فکر و کنترل حرکتی مرتبط می‌کنیم.

گیره چسب سوماتودندریتیک

این بافت‌هایی از این لایه‌ها بود که محققان نگاهی دقیق به آن انداختند و سلول‌ها را به دستگاهی به نام گیره چسب سوماتودندریتیک متصل کردند تا پتانسیل‌های فعال را به بالا و پایین هر نورون ارسال کنند و سیگنال‌های آنها را ثبت کنند.

درحالی‌که آزمایش‌های مشابهی را روی موش‌ها انجام شده، انواع سیگنال‌های مشاهده شده در سلول‌های انسانی وزوز می‌کردند، بسیار متفاوت بود.

مسدودکردن کلسیم

مهم‌تر از آن، هنگامی بود که آنها سلول‌ها را با یک مسدودکننده کانال سدیم به نام تترودوتوکسین دوز کردند، هنوز یک سیگنال پیدا کردند. فقط با مسدودکردن کلسیم همه ساکت شدند.
یافتن پتانسیل عمل باواسطه کلسیم به‌اندازه کافی جالب است. اما مدل‌سازی نحوه عملکرد این نوع سیگنال حساس جدید در قشر مغز یک شگفتی را نشان داد.

اینکه چگونه این ابزار منطقی جدید فشرده شده در یک سلول عصبی منفرد به عملکردهای بالاتر تبدیل می‌شود، سؤالی است که محققان آینده باید به آن پاسخ دهند.