• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Zdalna komunikacja neuronów za pomocą pól elektrycznych

    08.02.2011. 17:26
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy byli przekonani, że neurony w mózgu komunikują się za pośrednictwem fizycznych połączeń zwanych synapsami. Jednakże finansowani ze środków unijnych neuronaukowcy odkryli solidny dowód na to, że neurony komunikują się również ze sobą za pomocą słabych pól elektrycznych, a odkrycie to może pomóc nam zrozumieć, w jaki sposób biofizyka daje początek poznaniu.

    Badania, których wyniki ukazały się w czasopiśmie Nature Neuroscience, zostały częściowo dofinansowane z projektu EUSYNAPSE (Od molekuł do sieci - poznawanie fizjologii i patologii synaptycznej w mózgu na podstawie modeli myszy), który otrzymał 8 mln EUR z tematu "Nauki o życiu, genomika i biotechnologia na rzecz zdrowia" Szóstego Programu Ramowego (6PR).

    Naczelny autor, dr Costas Anastassiou, naukowiec z Kalifornijskiego Instytutu Technologii (Caltech) w USA, wraz z kolegami wyjaśnia, że mózg jest złożoną siecią pojedynczych komórek nerwowych czy neuronów, które wykorzystują sygnały elektryczne i chemiczne do komunikowania się ze sobą.

    Za każdym razem kiedy impuls elektryczny przebiega przez wypustkę neuronu, niewielkie pole elektryczne otacza tę komórkę. Grupę kilku neuronów można porównać od grupy osób zwracających się do siebie i prowadzących rozmowy towarzyskie. Ale kiedy aktywują się one razem, przypomina to ryk tłumu na zawodach sportowych.

    Ten "ryk" stanowi sumę wszystkich niewielkich pól elektrycznych, które powstały w efekcie zorganizowanej aktywności neuronalnej w mózgu. Chociaż już dawno dostrzeżono, że mózg wytwarza słabe pola elektryczne obok aktywności elektrycznej wzbudzanych komórek nerwowych, jednak pola te uznano za epifenomen - zbędny skutek uboczny.

    Nic nie było wiadomo na temat tych słabych pól, ponieważ tak naprawdę są one zazwyczaj zbyt nikłe, by je zmierzyć na poziomie poszczególnych neuronów - ich zasięg mierzy się w milionowych metra (mikronach). Naukowcy postanowili jednak ustalić, czy te słabe pola mają jakikolwiek wpływ na neurony.

    Pomiar tak nikłych pól emitowanych przez niewielką liczbę komórek mózgowych lub wpływających na nie był doświadczalnie trudnym zadaniem. W pobliżu klastra neuronów szczura umieszczono mikroskopijne elektrody, aby poszukać "lokalnych potencjałów pola", tj. pól elektrycznych generowanych przez aktywność neuronów. Wynik? Naukowcom udało się zmierzyć słabe pola rzędu jednego miliwolta (jednej tysięcznej wolta).

    Wypowiadając się na temat wyników dr Anastassiou powiedział: "Zważywszy na niezwykłą trudność umieszczenia wielu elektrod w tkance mózgowej o tak małej objętości, nasze odkrycia są naprawdę nowatorskie. Nikt nie był w stanie do tej pory osiągnąć takiego poziomu rozdzielczości przestrzennej i czasowej."

    Odkrycia naukowców okazały się zaskakujące. "Zaobserwowaliśmy, że pola o wartości zaledwie jednego miliwolta na milimetr zdecydowanie zmieniają wzbudzanie poszczególnych neuronów oraz wzrost tak zwanej 'koherencji impuls-pole' - synchroniczności wzbudzania neuronów w powiązaniu z polem" - wyjaśnia.

    Na przykład czasie gwałtownych napadów epilepsji partie mózgu wytwarzają bardzo silne pola elektryczne rzędu 100 miliwoltów na milimetr. Jednakże wyniki ostatnich badań pokazały, że nawet znacznie słabsza energia pola - skierowana na reaktywny obszar neuronów - wytwarza to, co naukowcy nazywają połączeniem efaptycznym.

    To "połączenie" pól energetycznych może być innym sposobem koordynacji w mózgu - odmiennym od zwykłych kanałów neuron-synapsa. Dr Anastassiou sugeruje, że "podwyższona koherencja impuls-pole może znacznie zwiększać zarówno ilość informacji przekazywanych między neuronami, jak również ich niezawodność".

    Te prace wpisują się w nurt badań naukowych poszukujących odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób "myślenie" zależy od skoordynowanej aktywności różnych regionów mózgu. Wielu neuronaukowców jest przekonanych, że stosunkowo powolna i niemal nieskończenie zależna od siebie aktywność neuronów i synaps nie zwiększa szybkości ani sprawności myśli.

    "Jestem głęboko przekonany, że poznanie pochodzenia i funkcjonalności endogennych pól mózgowych doprowadzi do kilku rewelacji na temat przetwarzania informacji na poziomie układu, który w mojej opinii jest poziomem, na którym powstają percepcje i pojęcia" - mówi dr Anastassiou.

    "To z kolei pozwoli nam zająć się sposobem, w jaki biofizyka daje początek poznaniu w ujęciu mechanistycznym, a to jak sądzę jest świętym Graalem neuronauki."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Malowanie liczbami to łamigłówka polegająca na zaczernianiu pól diagramu. Zaczernione pola utworzą rysunek. To, które pola trzeba zaczernić, wskazują liczby obok diagramu. Liczby z lewej strony każdego wiersza określają, ile grup czarnych pól jest w danym rzędzie i ile czarnych pól jest w każdej grupie. Dla przykładu liczby „1,4,2” oznaczają trzy grupy: pierwsza jest złożona z jednego, druga z czterech, a trzecia z dwóch czarnych pól. Wyodrębnienie 3 kolejnych liczb świadczy o tym, że pomiędzy grupami czarnych pól występuje przynajmniej jedno wolne (białe) pole. Analogicznie jest z liczbami u góry diagramu. Obrazki czarno białe są klasyczną wersją ale czasami można spotkać wersję z wieloma kolorami, w której pola diagramu koloruje się zgodnie z kolorem liczb. Pola z dwoma różnymi kolorami nie muszą mieć białego pola pomiędzy sobą. Występuje również inna wersja (triddler), w której diagram składa się z równobocznych trójkątów.

    Malowanie liczbami to łamigłówka polegająca na zaczernianiu pól diagramu. Zaczernione pola utworzą rysunek. To, które pola trzeba zaczernić, wskazują liczby obok diagramu. Liczby z lewej strony każdego wiersza określają, ile grup czarnych pól jest w danym rzędzie i ile czarnych pól jest w każdej grupie. Dla przykładu liczby „1,4,2” oznaczają trzy grupy: pierwsza jest złożona z jednego, druga z czterech, a trzecia z dwóch czarnych pól. Wyodrębnienie 3 kolejnych liczb świadczy o tym, że pomiędzy grupami czarnych pól występuje przynajmniej jedno wolne (białe) pole. Analogicznie jest z liczbami u góry diagramu. Obrazki czarno białe są klasyczną wersją ale czasami można spotkać wersję z wieloma kolorami, w której pola diagramu koloruje się zgodnie z kolorem liczb. Pola z dwoma różnymi kolorami nie muszą mieć białego pola pomiędzy sobą. Występuje również inna wersja (triddler), w której diagram składa się z równobocznych trójkątów.

    Zespół neuronów (ang. neural ensemble) jest populacją komórek układu nerwowego (lub neuronów w hodowli) biorących udział w określonym procesie przetwarzania informacji w układzie nerwowym.

    Kolumna neuronalna (ang. cortical column) – struktura kory mózgowej składająca się z 10000 do 100000 neuronów. Składa się zazwyczaj z sześciu warstw, sygnały z każdej z warstw wysyłane są do określonych obszarów mózgu. Kolumny neuronalne mają wysokość odpowiadającą grubości kory mózgowej, która waha się od 2 mm do 5 mm w obszarze V1. Kolumnowa funkcjonalna organizacja kory, jak oryginalnie sformułował Vernon Mountcastle, stwierdza, że neurony których horyzontalna odległość jest większa niż pół milimetra nie mają wspólnych nakładających się odbiorczych pól sensorycznych. Reguła ta odzwierciedla charakterystykę lokalnych połączeń w korze mózgowej, połączenia prostopadłe do płaszczyzny kory mózgowej są znacznie częstsze niż lokalne połączenia równoległe do płaszczyzny kory mózgowej.

    Neurogeneza postnatalna – proces tworzenia neuronów po narodzeniu. Nowe neurony powstają nadal w opuszce węchowej i hipokampie. Są podejrzenia, że zachodzi również w innych częściach mózgu. U ssaków proliferacja komórek macierzystych neuronów utrzymuje się w:

    Pole elektromagnetyczne – pole fizyczne, stan przestrzeni, w której na obiekt fizyczny mający ładunek elektryczny działają siły o naturze elektromagnetycznej. Pole elektromagnetyczne jest układem dwóch pól: pola elektrycznego i pola magnetycznego. Pola te są wzajemnie związane, a postrzeganie ich zależy też od obserwatora, wzajemną relację pól opisują równania Maxwella. Własności pola elektromagnetycznego, jego oddziaływanie z materią bada dział fizyki zwany elektrodynamiką. W mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne jest postrzegane jako wirtualne fotony.

    Komórki Purkiniego (ang. Purkinje cells) – typ neuronów GABA-ergicznych kory móżdżku. Obok komórek Betza należą do największych neuronów występujących w mózgu człowieka. Aksony komórek Purkiniego dochodzą do istoty białej móżdżku i ulegają przełączeniu na jądra móżdżku i jądra przedsionkowe.

    Dodano: 08.02.2011. 17:26  


    Najnowsze