Un type de signal jamais vu auparavant a été découvert dans le cerveau humain

Les scientifiques ont découvert une forme unique de messagerie cellulaire qui se produit dans le cerveau humain et qui n’a jamais été vue auparavant. Fait intéressant, cette découverte laisse entendre que nos cerveaux peuvent être des unités de calcul plus puissantes que nous ne le pensions.

Au début de l’année dernière, des chercheurs d’instituts allemands et grecs ont signalé un mécanisme dans les cellules corticales externes du cerveau qui produit par lui-même un nouveau signal de «gradient», qui pourrait autrement équiper les neurones individuels pour qu’ils remplissent leurs fonctions logiques.

En mesurant l’activité électrique dans des sections de tissu prélevées lors d’une intervention chirurgicale sur des patients épileptiques et en analysant leur structure par microscopie à fluorescence, les neurologues ont découvert que les cellules individuelles du cortex cérébral utilisent non seulement les ions sodium habituels pour « tirer », mais aussi le calcium.

Cette combinaison d’ions chargés positivement a libéré des ondes de tension jamais vues auparavant, appelées potentiels d’action dendritique médiés par le calcium, ou dCaAP.

Les cerveaux – en particulier ceux de l’espèce humaine – sont souvent comparés à des ordinateurs. Cette analogie a ses limites, mais à certains niveaux, ils effectuent des tâches de manière similaire.

Ils utilisent tous deux la puissance du potentiel électrique pour effectuer différentes opérations. Dans les ordinateurs, cela se présente sous la forme d’un flux assez simple d’électrons à travers des jonctions appelées transistors.

Dans les neurones, le signal se présente sous la forme d’une onde de canaux d’ouverture et de fermeture qui échangent des particules chargées telles que le sodium, le chlorure et le potassium. Cette impulsion de flux d’ions est appelée Potentiel de travail.

Au lieu de transistors, les neurones conduisent ces messages chimiquement à l’extrémité de branches appelées dendrites.

Les dendrites sont fondamentales pour comprendre le cerveau, car elles sont au cœur de ce qui détermine la puissance de calcul des neurones individuels. Matthew Larcom a dit à Walter Beckwith à l’American Association for the Advancement of Science en janvier 2020.

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

Ce sont les justifications de notre cerveau – des ondulations de tension qui peuvent être communiquées collectivement sous deux formes : soit Et le message (si x Et le y est allumé, le message est passé) ; ou un ou alors message (si x ou alors y est déclenché, le message est passé).

Nulle part cela ne peut être dit de manière plus complexe que la partie externe dense et ridée du système nerveux central humain ; cortex cérébral. Les deuxième et troisième couches profondes sont particulièrement épaisses, remplies de branches qui remplissent des fonctions de haut niveau que nous associons à la sensation, à la pensée et au contrôle moteur.

Les chercheurs ont examiné de plus près les tissus de ces couches, attachant des cellules à un dispositif appelé synapse de patch neuronal somatique pour envoyer des potentiels énergétiques de haut en bas de chaque neurone, enregistrant leurs signaux.

« Il y a eu un moment » eurêka « où nous avons vu pour la première fois le potentiel de l’action dendritique », Larcom a dit.

Pour s’assurer que les résultats n’étaient pas uniques aux personnes épileptiques, ils ont examiné leurs résultats dans quelques échantillons de tumeurs cérébrales.

Alors que l’équipe a mené des expériences similaires sur les souris, les types de signaux qu’ils ont observés traversant les cellules humaines étaient très différents.

Surtout, quand ils ont dosé les cellules avec un bloqueur des canaux sodiques appelé tétrodotoxine, ils ont quand même trouvé un signal. Juste en bloquant le calcium, tout le monde s’est calmé.

Trouver un potentiel d’action médié par le calcium est assez intéressant. Mais la modélisation du fonctionnement de ce nouveau type de signal sensible dans le cortex a révélé une surprise.

En plus de la logique Et le Et le ou alorsPar le type de fonctions, ces neurones individuels peuvent fonctionner ‘exclusif’ ou alors (OU exclusif) carrefours, qui n’autorise un signal que lorsqu’un autre signal est catégorisé d’une certaine manière.

« Traditionnellement, OU exclusif On pense que le processus nécessite une solution réseau », Les chercheurs ont écrit.

Davantage de travail doit être fait pour découvrir comment les dCaAP se comportent dans des neurones entiers et dans un système vivant. Sans compter s’il s’agissait de quelque chose d’humain, ou si des mécanismes similaires avaient évolué ailleurs dans le règne animal.

La technologie se tourne également vers notre système nerveux pour trouver l’inspiration sur la façon de développer de meilleurs appareils ; Sachant que nos cellules individuelles ont quelques autres trucs dans leur sac, cela pourrait conduire à de nouvelles façons de mettre en réseau des transistors.

Comment ce nouvel outil logique se traduit par un seul neurone en fonctions supérieures est une question à laquelle les futurs chercheurs devront répondre.

Cette recherche a été publiée dans La science.

Une version de cet article a été initialement publiée en janvier 2020.