Komórkowe sprzężenie elektryczne: Pola elektryczne regulują funkcje mózgu

streszczenie: Naukowcy wysunęli hipotezę nazwaną „sprzężeniem komórkowo-elektrycznym”, zgodnie z którą pola elektryczne w mózgu mogą manipulować składnikami podjednostek neuronów, poprawiając stabilność i wydajność sieci. Sugerują, że domeny te umożliwiają neuronom dostrojenie sieci przetwarzania informacji do poziomu molekularnego.

Względnie rzecz biorąc, proces ten jest podobny do rodzin ustawiających konfigurację telewizora w celu uzyskania doskonałych wrażeń podczas oglądania. Teoria, która jest otwarta na testy, może znacznie pogłębić nasze zrozumienie wewnętrznego działania mózgu.

Kluczowe fakty:

1. Hipoteza sprzężenia cytoelektrycznego sugeruje, że pola elektryczne mózgu mogą regulować stabilność i wydajność sieci, wpływając na komponenty subneuronów.
2. Zdolność mózgu do przystosowania się do zmieniającego się świata obejmuje białka i cząsteczki, które oddziałują z polami elektrycznymi generowanymi przez neurony.
3. Ta nowa teoria, która proponuje połączenie na poziomie mikroskopowym do mikroskopowego w mózgu, jest testowalną hipotezą, która może zrewolucjonizować nasze rozumienie funkcjonowania mózgu.

źródło: Piccoer Institute for Learning and Memory

Aby wytworzyć wiele funkcji, w tym myślenie, mózg działa na wielu poziomach. Informacje, takie jak cele lub obrazy, są reprezentowane przez skoordynowaną aktywność elektryczną między sieciami neuronów, podczas gdy w każdym neuronie i wokół niego koktajl białek i innych substancji chemicznych faktycznie realizuje mechanizmy zaangażowane w sieć.

Nowy artykuł naukowców z MIT, City University – University of London i Johns Hopkins University zakłada, że ​​sieciowe pola elektryczne wpływają na fizyczną konfigurację subkomórkowych komponentów neuronów w celu poprawy stabilności i wydajności sieci, hipotezę, którą autorzy nazywają „komórkowym sprzężeniem elektrycznym”. „

Earl K. powiedział: Miller, profesor Picower w Picower Institute for Learning and Memory w MIT, który jest współautorem artykułu w Postępy w neuronauce Z adiunktem Dimitrisem Pinoutsisem z MIT i City University – University of London oraz profesor Jane Friedman z Johns Hopkins.

„Mózg dostosowuje się do zmieniającego się świata” – powiedział Benoutsis. „Białka i cząsteczki również się zmieniają. Mogą mieć ładunki elektryczne i muszą nadążać za neuronami, które przetwarzają, przechowują i przesyłają informacje za pomocą sygnałów elektrycznych. Interakcja z polami elektrycznymi neuronów wydaje się być niezbędna.”

Myślenie w domenach

Laboratorium Millera koncentruje się głównie na badaniu, w jaki sposób funkcje poznawcze wyższego poziomu, takie jak pamięć robocza, mogą wyłaniać się szybko, elastycznie, a jednocześnie niezawodnie z aktywności milionów pojedynczych neuronów.

Neurony są w stanie dynamicznie kształtować obwody, tworząc i usuwając połączenia zwane synapsami, a także wzmacniając lub osłabiając te połączenia. Ale Miller powiedział, że to tylko „mapa drogowa”, wokół której mogą przepływać informacje.

Miller odkrył, że określone obwody nerwowe, które zbiorowo reprezentują tę czy inną myśl, są koordynowane przez rytmiczną aktywność, zwaną potocznie „falami mózgowymi” o różnych częstotliwościach.

Szybkie rytmy „gamma” pomagają przekazywać obrazy z naszego wzroku (np. pączek), podczas gdy wolniejsze fale „beta” mogą przenosić głębsze myśli na temat tego obrazu (np. „zbyt wiele kalorii”).

Laboratorium Millera wykazało, że dobrze zaplanowane wybuchy tych fal mogą nieść przewidywania i umożliwiać zapisywanie, przechowywanie i odczytywanie informacji w pamięci roboczej. Zacina się, gdy robi to również pamięć robocza.

Laboratorium zgłosiło dowody na to, że mózg może wyraźnie manipulować rytmami w określonych lokalizacjach fizycznych, aby dalej regulować neurony w celu płynnego poznania, koncepcja zwana „komputerami przestrzennymi”.

Niedawne prace laboratoryjne wykazały, że chociaż udział poszczególnych neuronów w sieciach może być zmienny i zawodny, informacje przenoszone przez sieci, których są częścią, są niezmiennie reprezentowane przez zagregowane pola elektryczne generowane przez ich zbiorową aktywność.

Komórkowe sprzężenie elektryczne

W nowym badaniu autorzy połączyli ten model rytmicznej aktywności elektrycznej koordynującej sieci neuronowe z innymi dowodami na to, że pola elektryczne mogą wpływać na neurony na poziomie molekularnym.

Naukowcy badali na przykład sprzężenie adhezyjne, w którym neurony wpływają na swoje właściwości elektryczne poprzez bliskość swoich błon, zamiast polegać wyłącznie na wymianie elektrochemicznej między synapsami. Ten przesłuch elektryczny może wpływać na funkcje nerwowe, w tym kiedy i czy wyzwalają się, aby przesyłać sygnały elektryczne do innych neuronów w obwodzie.

Miller, Benoutsis i Friedman cytują również badania pokazujące inne efekty elektryczne na komórki i ich komponenty, w tym sposób, w jaki pola są kierowane rozwojem neuronów i czy mikrotubule mogą się z nimi łączyć.

Jeśli mózg przenosi informacje w polach elektrycznych, a te pola elektryczne są w stanie tworzyć neurony i inne elementy w mózgu, które tworzą sieć, jest bardziej prawdopodobne, że mózg wykorzysta tę zdolność. Autorzy sugerują, że mózg może wykorzystywać pola, aby upewnić się, że sieć robi to, co powinna.

Ujmując to (luźno) w kategoriach ziemniaków, sukces telewizji sieciowej nie polega tylko na jej zdolności do wysyłania wyraźnego sygnału do milionów domów. Ważne są również drobne szczegóły, takie jak sposób, w jaki każdy dom rozmieszcza telewizor, system dźwiękowy i meble w salonie, aby zmaksymalizować wrażenia.

Obecność sieci zarówno w tej metaforze, jak iw mózgu motywuje poszczególnych uczestników do skonfigurowania swojej infrastruktury w celu optymalnego zaangażowania, powiedział Miller.

„Sprzężenie cytoelektryczne łączy informacje na poziomie mezoskalowym i makroskopowym aż do poziomu mikroskopowego białek, które tworzą molekularne podstawy pamięci” – napisali autorzy w artykule.

Artykuł przedstawia inspirujące argumenty przemawiające za sprzężeniem fotowoltaicznym. „Podajemy hipotezę, którą każdy może przetestować” – powiedział Miller.

Finansowanie: Wsparcie dla badań pochodziło ze Zjednoczonego Królestwa ds. Badań i Innowacji (UKRI), amerykańskiego Biura Badań Marynarki Wojennej, Fundacji JPB oraz Picower Institute for Learning and Memory.

Informacje o tych wiadomościach z badań neurologicznych

autor: Dawid Orenstein
źródło: Piccoer Institute for Learning and Memory
Komunikacja: David Orenstein – Picquer Institute for Learning and Memory
zdjęcie: Zdjęcie przypisane do Neuroscience News

Oryginalne wyszukiwanie: otwarty dostęp.
„Sprzężenie cytoelektryczne: Pola elektryczne rzeźbią aktywność neuronów i „dostrajają” infrastrukturę mózguPrzez Earla K. Millera i in. Postępy w neuronauce

podsumowanie

Sprzężenie cytoelektryczne: Pola elektryczne rzeźbią aktywność neuronów i „dostrajają” infrastrukturę mózgu

Proponujemy i dostarczamy zbieżne dowody na hipotezę sprzężenia cytoelektrycznego: pola elektryczne generowane przez neurony są przyczynowe aż do poziomu cytoszkieletu.

Można to osiągnąć poprzez dyfuzję elektryczną, transport mechaniczny i wymianę między energią elektryczną, potencjalną i chemiczną. Sprzężenie efaptyczne reguluje aktywność neuronów, tworząc skupiska neuronów na poziomie makro.

Informacje te rozprzestrzeniają się do poziomu neuronów, wpływając na wzniesienia i w dół do poziomu molekularnego, aby ustabilizować cytoszkielet, „dostrajając” go do wydajniejszego przetwarzania informacji.