Jenis sinyal yang belum pernah terlihat sebelumnya telah ditemukan di otak manusia

Para ilmuwan telah menemukan bentuk pesan seluler unik yang terjadi di otak manusia yang belum pernah terlihat sebelumnya. Menariknya, temuan ini mengisyaratkan bahwa otak kita mungkin merupakan unit komputasi yang lebih kuat daripada yang kita sadari.

Awal tahun lalu, para peneliti dari institut di Jerman dan Yunani melaporkan mekanisme di sel kortikal luar otak yang menghasilkan sinyal ‘gradien’ baru dengan sendirinya, yang bisa melengkapi neuron individu untuk melakukan fungsi logisnya.

Dengan mengukur aktivitas listrik di bagian jaringan yang diambil selama operasi pada pasien epilepsi dan menganalisis struktur mereka menggunakan mikroskop fluoresensi, ahli saraf telah menemukan bahwa sel-sel individu di korteks serebral tidak hanya menggunakan ion natrium biasa untuk “menembak”, tetapi juga kalsium.

Kombinasi ion bermuatan positif ini melepaskan gelombang tegangan yang belum pernah terlihat sebelumnya, yang disebut sebagai potensial aksi dendritik yang dimediasi kalsium, atau dCaAP.

Otak – terutama dari spesies manusia – sering dibandingkan dengan komputer. Analogi ini memiliki keterbatasan, tetapi pada beberapa tingkat mereka melakukan tugas dengan cara yang sama.

Mereka berdua menggunakan kekuatan potensial listrik untuk melakukan operasi yang berbeda. Di komputer, ini dalam bentuk aliran elektron yang cukup sederhana melalui sambungan yang disebut transistor.

Pada neuron, sinyal berupa gelombang membuka dan menutup saluran yang menukar partikel bermuatan seperti natrium, klorida, dan kalium. Denyut ion yang mengalir ini disebut Potensi pekerjaan.

Alih-alih transistor, neuron melakukan pesan-pesan ini secara kimiawi di ujung cabang yang disebut dendrit.

Dendrit sangat penting untuk memahami otak karena mereka adalah inti dari apa yang menentukan kekuatan komputasi neuron tunggal. Matthew Larcom memberi tahu Walter Beckwith di American Association for the Advancement of Science pada Januari 2020.

Dendrit adalah sinyal lalu lintas sistem saraf kita. Jika potensial aksi cukup besar, dapat ditransmisikan ke saraf lain, yang dapat memblokir atau mengirimkan pesan.

Ini adalah alasan untuk otak kita – riak tegangan yang dapat dikomunikasikan secara kolektif dalam dua bentuk: baik Dan pesan (jika x Dan y dihidupkan, pesan diteruskan); atau atau pesan (jika x atau y dipicu, pesan diteruskan).

Tidak ada tempat yang bisa dikatakan lebih rumit daripada bagian luar sistem saraf pusat manusia yang padat dan berkerut; korteks serebral. Lapisan dalam kedua dan ketiga sangat tebal, dikemas dengan cabang-cabang yang melakukan fungsi tingkat tinggi yang kita kaitkan dengan sensasi, pikiran, dan kontrol motorik.

Para peneliti melihat lebih dekat pada jaringan lapisan ini, menempelkan sel ke perangkat yang disebut sinaps patch neuron somatik untuk mengirim potensi energi ke atas dan ke bawah setiap neuron, merekam sinyal mereka.

“Ada momen ‘eureka’ ketika kami pertama kali melihat potensi aksi dendritik,” kata Larcom.

Untuk memastikan bahwa setiap temuan tidak unik untuk orang dengan epilepsi, mereka meninjau temuan mereka dalam beberapa sampel dari tumor otak.

Sementara tim melakukan eksperimen serupa pada tikus, jenis sinyal yang mereka amati berjalan melalui sel manusia sangat berbeda.

Yang penting, ketika mereka memberi dosis sel dengan penghambat saluran natrium yang disebut tetrodotoxin, mereka masih menemukan sinyal. Hanya dengan memblokir kalsium, semua orang menjadi tenang.

Menemukan potensi aksi yang dimediasi oleh kalsium cukup menarik. Tetapi memodelkan cara jenis sinyal baru yang sensitif ini bekerja di korteks mengungkapkan kejutan.

Selain logika Dan Dan atauBerdasarkan jenis fungsinya, neuron individu ini dapat berfungsi ‘eksklusif’ atau (XOR) persimpangan, yang hanya mengizinkan sinyal ketika sinyal lain dikategorikan dengan cara tertentu.

“Secara tradisional, XOR Proses tersebut diyakini membutuhkan solusi jaringan,” Para peneliti menulis ..

Lebih banyak pekerjaan perlu dilakukan untuk mengetahui bagaimana dCaAP berperilaku di seluruh neuron, dan dalam sistem yang hidup. Belum lagi apakah itu sesuatu yang manusiawi, atau apakah mekanisme serupa telah berevolusi di tempat lain di dunia hewan.

Teknologi juga melihat sistem saraf kita untuk mendapatkan inspirasi tentang cara mengembangkan perangkat yang lebih baik; Mengetahui bahwa sel individu kita memiliki beberapa trik lain di lengan baju mereka dapat mengarah pada cara baru untuk transistor jaringan.

Bagaimana alat logika baru ini diterjemahkan dalam satu neuron ke fungsi yang lebih tinggi adalah pertanyaan yang harus dijawab oleh peneliti masa depan.

Penelitian ini dipublikasikan di Ilmu.

Versi artikel ini awalnya diterbitkan pada Januari 2020.