นักวิทยาศาสตร์ได้ระบุรูปแบบเฉพาะของการส่งข้อความของเซลล์ที่เกิดขึ้นในสมองของมนุษย์เผยให้เห็นว่าเรายังคงต้องเรียนรู้เกี่ยวกับการทำงานภายในอันลึกลับของมันมากเพียงใด
การค้นพบนี้บอกเป็นนัยว่าสมองของเราอาจเป็นหน่วยการคำนวณที่ทรงพลังมากกว่าที่เราคิดเสียอีก
ในปี 2020 นักวิจัยจากสถาบันในเยอรมนีและกรีซรายงานกลไกในเซลล์เยื่อหุ้มสมองชั้นนอกของสมองที่สร้างสัญญาณ 'แบบให้คะแนน' ใหม่ทั้งหมดในตัวมันเอง กลไกนี้สามารถให้เซลล์ประสาทแต่ละเซลล์มีวิธีอื่นในการทำหน้าที่เชิงตรรกะของพวกมัน
ด้วยการวัดกิจกรรมทางไฟฟ้าในส่วนต่างๆ ของเนื้อเยื่อที่ถูกเอาออกในระหว่างการผ่าตัดในผู้ป่วยโรคลมบ้าหมู และวิเคราะห์โครงสร้างของพวกเขาโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์ นักประสาทวิทยาพบว่าเซลล์แต่ละเซลล์ในเยื่อหุ้มสมองไม่เพียงแต่ใช้ไอออนโซเดียมตามปกติในการ 'ยิง' แต่ยังรวมถึงแคลเซียมด้วย
การรวมกันของไอออนที่มีประจุบวกนี้ทำให้เกิดคลื่นแรงดันไฟฟ้าที่ไม่เคยมีมาก่อน ซึ่งเรียกว่าศักยะงานเดนไดรต์ที่ใช้แคลเซียมเป็นสื่อกลางหรือ dCaAPs
สมอง ? โดยเฉพาะพวกมนุษย์ ? มักจะถูกเปรียบเทียบกับคอมพิวเตอร์การเปรียบเทียบนั้นมีขีดจำกัดแต่ในบางระดับก็ปฏิบัติงานในลักษณะเดียวกัน
ทั้งสองใช้กำลังของแรงดันไฟฟ้าเพื่อดำเนินการต่างๆ ในคอมพิวเตอร์ มันอยู่ในรูปแบบของการไหลของอิเล็กตรอนที่ค่อนข้างง่ายผ่านทางแยกที่เรียกว่าทรานซิสเตอร์
ในเซลล์ประสาท สัญญาณจะอยู่ในรูปของคลื่นของช่องเปิดและปิดที่แลกเปลี่ยนอนุภาคที่มีประจุ เช่น โซเดียม คลอไรด์ และโพแทสเซียม ชีพจรของไอออนที่ไหลนี้เรียกว่าศักยภาพในการดำเนินการ-
แทนที่จะเป็นทรานซิสเตอร์ เซลล์ประสาทจะจัดการข้อความเหล่านี้ทางเคมีที่ปลายกิ่งที่เรียกว่าเดนไดรต์
“เดนไดรต์เป็นส่วนสำคัญในการทำความเข้าใจสมอง เนื่องจากพวกมันเป็นแกนกลางของสิ่งที่กำหนดพลังการคำนวณของเซลล์ประสาทเดี่ยว” นักประสาทวิทยาจากมหาวิทยาลัยฮัมโบลดต์แมทธิว ลาร์คัมบอกกับวอลเตอร์ เบ็ควิธที่ American Association for the Advancement of Science ในเดือนมกราคม 2020
เดนไดรต์เป็นสัญญาณไฟจราจรของระบบประสาทของเรา หากศักยภาพในการดำเนินการมีความสำคัญเพียงพอ ก็สามารถส่งต่อไปยังเส้นประสาทอื่นๆ ซึ่งสามารถปิดกั้นหรือส่งต่อข้อความได้
นี่คือรากฐานทางตรรกะของสมองของเรา ? ระลอกแรงดันไฟฟ้าที่สามารถสื่อสารร่วมกันได้ในสองรูปแบบ: อย่างใดอย่างหนึ่งและข้อความ (ถ้า xและy ถูกทริกเกอร์ ข้อความจะถูกส่งต่อไป); หรือหรือข้อความ (ถ้า xหรือy ถูกทริกเกอร์ ข้อความจะถูกส่งต่อไป)
อาจเป็นไปได้ว่าไม่มีที่ไหนที่ซับซ้อนไปกว่าในส่วนด้านนอกที่มีรอยยับและหนาแน่นของระบบประสาทส่วนกลางของมนุษย์ เปลือกสมอง ชั้นที่สองและสามที่ลึกกว่านั้นมีความหนาเป็นพิเศษ เต็มไปด้วยกิ่งก้านที่ทำหน้าที่ระดับสูงที่เกี่ยวข้องกับความรู้สึก ความคิด และการควบคุมมอเตอร์
นักวิจัยได้ตรวจดูเนื้อเยื่อจากชั้นเหล่านี้อย่างใกล้ชิด โดยเชื่อมต่อเซลล์เข้ากับอุปกรณ์ที่เรียกว่า somatodendritic patch clamp เพื่อส่งศักย์ไฟฟ้าเชิงแอคทีฟขึ้นและลงแต่ละเซลล์ประสาท เพื่อบันทึกสัญญาณของพวกมัน
"มีช่วงเวลา 'ยูเรก้า' เมื่อเราเห็นศักยภาพในการดำเนินการของเดนไดรต์เป็นครั้งแรก"ลาร์คัมกล่าว-
เพื่อให้แน่ใจว่าการค้นพบใดๆ ไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะกับผู้ที่เป็นโรคลมบ้าหมู พวกเขาจึงตรวจสอบผลลัพธ์อีกครั้งโดยใช้ตัวอย่างจำนวนหนึ่งที่นำมาจากเนื้องอกในสมอง
ในขณะที่ทีมงานได้ทำการทดลองที่คล้ายกันบนหนูประเภทของสัญญาณที่พวกเขาสังเกตเห็นที่ส่งผ่านเซลล์ของมนุษย์นั้นแตกต่างกันมาก
ที่สำคัญกว่านั้นคือเมื่อพวกเขาให้ยากับเซลล์ด้วยตัวบล็อกโซเดียมแชนเนลที่เรียกว่าเทโทรโดทอกซินพวกเขายังคงพบสัญญาณ มีเพียงการปิดกั้นแคลเซียมเท่านั้นที่ทำให้ทุกอย่างเงียบลง
การค้นหาศักยภาพในการดำเนินการที่เป็นสื่อกลางโดยแคลเซียมนั้นน่าสนใจพอสมควร แต่การสร้างแบบจำลองวิธีการทำงานของสัญญาณชนิดใหม่ที่ละเอียดอ่อนนี้ในเยื่อหุ้มสมองเผยให้เห็นความประหลาดใจ
นอกเหนือจากตรรกะแล้วและและหรือ-ประเภทฟังก์ชัน เซลล์ประสาทแต่ละตัวเหล่านี้สามารถทำหน้าที่เป็นได้'พิเศษ'หรือ-แฮคเกอร์) ทางแยกซึ่งอนุญาตเฉพาะสัญญาณเมื่อมีการให้คะแนนสัญญาณอื่นในรูปแบบเฉพาะเท่านั้น
“ตามธรรมเนียมแล้ว.แฮคเกอร์คิดว่าการดำเนินงานต้องใช้โซลูชันเครือข่าย"นักวิจัยเขียน-
จำเป็นต้องมีการทำงานเพิ่มเติมเพื่อดูว่า dCaAP มีพฤติกรรมอย่างไรในเซลล์ประสาททั้งหมด และในระบบที่มีชีวิต ไม่ต้องพูดถึงว่ามันเป็นมนุษย์หรือมีกลไกที่คล้ายกันพัฒนาไปในที่อื่นในอาณาจักรสัตว์หรือไม่
เทคโนโลยีก็เช่นกันมองไปที่ระบบประสาทของเราเองสำหรับแรงบันดาลใจในการพัฒนาฮาร์ดแวร์ที่ดีขึ้น การรู้ว่าเซลล์ของเราเองมีเคล็ดลับอีกสองสามอย่างอาจนำไปสู่วิธีใหม่ในการสร้างเครือข่ายทรานซิสเตอร์
การที่เครื่องมือลอจิกใหม่นี้บีบลงในเซลล์ประสาทตัวเดียวแปลเป็นฟังก์ชันที่สูงขึ้นได้อย่างไรนั้นเป็นคำถามสำหรับนักวิจัยในอนาคตที่จะตอบ
งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในศาสตร์-
บทความนี้เวอร์ชันก่อนหน้าเผยแพร่ในเดือนมกราคม 2020
