Découverte d’un signal unique en son genre dans le cerveau humain : ScienceAlert

Les scientifiques ont pu identifier une forme unique de messagerie cellulaire qui se produit dans le cerveau humain. Cela révèle combien il nous reste encore à apprendre sur son mystérieux fonctionnement interne.

Il est intéressant de noter que cette découverte suggère que nos cerveaux pourraient être des unités de calcul plus puissantes que nous l’imaginions.

En 2020, des chercheurs d’instituts allemands et grecs ont signalé un mécanisme dans les cellules corticales extracellulaires du cerveau qui produit son propre signal « gradient », un signal qui pourrait fournir aux neurones individuels une autre façon d’accomplir leurs fonctions logiques.

En mesurant l’activité électrique dans des sections de tissus prélevés lors d’une intervention chirurgicale chez des patients épileptiques et en analysant leur structure par microscopie à fluorescence, les neuroscientifiques ont découvert que les cellules individuelles du cortex cérébral utilisent non seulement les ions sodium habituels pour se déclencher, mais également le calcium.

Cette combinaison d’ions chargés positivement a déclenché des ondes de potentiel électrique jamais vues auparavant, appelées potentiels d’action dendritiques médiés par le calcium, ou dCaAP.

Les cerveaux – en particulier ceux de l’espèce humaine – sont souvent comparés aux ordinateurs. En effet, cette mesure a ses limites, mais à certains niveaux, les appareils accomplissent leurs tâches de manière similaire.

Les deux utilisent la puissance de la tension électrique pour effectuer différentes opérations. Dans les ordinateurs, il s’agit d’un simple flux d’électrons traversant des jonctions appelées transistors.

Dans les neurones, le signal se présente sous la forme d’une vague de canaux ouverts et fermés qui échangent des particules chargées telles que le sodium, le chlorure et le potassium. Cette impulsion d’ions circulant est appelée une impulsion Potentiel d’action.

Au lieu de transistors, les neurones transmettent ces messages chimiquement au bout de branches appelées dendrites.

« Les dendrites neuronales sont fondamentales pour comprendre le cerveau car elles constituent le noyau de ce qui détermine la puissance de calcul de chaque neurone », explique le neuroscientifique de l’Université Humboldt. Matthew Larcom a dit à Walter Beckwith À l’Association américaine pour l’avancement de la science en janvier 2020.

Les dendrites neurales sont les signaux de signalisation de notre système nerveux. Si le potentiel d’action est suffisamment grand, il peut être transmis à d’autres nerfs, qui peuvent bloquer ou transmettre le message.

C’est la raison d’être de notre cerveau : des ondulations de tension électrique qui peuvent être communiquées collectivement sous deux formes : soit Et message (si x Et S’il est activé, le message est transmis ); ou ou message (si x ou y est exécuté et le message est transmis).

Ceci est certainement plus complexe que partout ailleurs dans la partie externe dense et ridée du système nerveux central humain ; Cortex cérébral. Les deuxième et troisième couches plus profondes sont particulièrement épaisses et remplies de branches qui remplissent des fonctions de niveau supérieur que nous associons au contrôle des sensations, de la pensée et du mouvement.

Les chercheurs ont examiné de près les tissus de ces couches, connectant les cellules à un dispositif appelé patch-clamp somatique dendritique pour envoyer des potentiels actifs de haut en bas de chaque neurone, enregistrant ses signaux.

« Il y a eu un moment d’eurêka incroyable lorsque nous avons vu pour la première fois des potentiels d’action dendritiques. » Larcom a dit.

Pour s’assurer que les résultats n’étaient pas propres aux personnes épileptiques, ils ont revérifié leurs résultats sur un petit nombre d’échantillons prélevés sur des tumeurs cérébrales.

Alors que l’équipe menait des expériences similaires Sur les sourisLes types de signaux qu’ils ont observés bourdonnant à travers les cellules humaines étaient très différents.

Plus important encore, lorsqu’ils ont administré aux cellules une dose d’un inhibiteur des canaux sodiques appelé tétrodotoxine, ils ont trouvé un signal. Tout s’est calmé uniquement en retenant le calcium.

La découverte d’un potentiel d’action médié par le calcium est assez intéressante. Mais la modélisation de la manière dont ce nouveau type de signal sensible fonctionne dans le cortex cérébral a révélé une surprise.

En plus de la logique Et Et ou– fonctions de type, ces neurones individuels peuvent agir comme ‘Exclusif’ ou (XOR) carrefoursqui autorise uniquement un signal lorsqu’un autre signal est classé avec un certain style.

« Traditionnellement, XOR « On pensait que le processus nécessitait une solution réseau. » Les chercheurs ont écrit.

Des efforts supplémentaires sont nécessaires pour comprendre comment les protéines dCaAP se comportent dans des neurones entiers et dans un système vivant. Sans oublier si ces protéines sont fabriquées par l’homme ou si des mécanismes similaires ont évolué ailleurs dans le règne animal.

La technologie s’inspire également de notre système nerveux pour développer de meilleurs appareils ; Savoir que nos cellules individuelles ont plus d’astuces sous leur manche pourrait conduire à de nouvelles façons d’interconnecter les transistors.

Comment ce nouvel outil de raisonnement intégré dans un seul neurone se traduit en fonctions supérieures est une question à laquelle les futurs chercheurs devront répondre.

Cette recherche a été publiée dans les sciences.

La version originale de cet article a été publiée en janvier 2020.