اقتران كهربائي خلوي: تعمل المجالات الكهربائية على ضبط نشاط الدماغ

ملخص: اقترح العلماء فرضية تسمى “اقتران كهربائي خلوي” ، والتي تشير إلى أن المجالات الكهربائية في الدماغ يمكن أن تتلاعب بمكونات الخلايا العصبية الفرعية ، مما يحسن استقرار الشبكة وكفاءتها. يقترحون أن تسمح هذه المجالات للخلايا العصبية بتحويل شبكات معالجة المعلومات إلى المستوى الجزيئي.

نسبيًا ، تشبه العملية الطريقة التي تنظم بها العائلات إعداد التلفزيون الخاص بها للحصول على تجربة مشاهدة مثالية. يمكن للنظرية المفتوحة للاختبار أن تحسن بشكل كبير فهمنا للأعمال الداخلية للدماغ.

مفتاح الحقائق:

1. تقترح فرضية اقتران الخلايا الكهربية أن المجالات الكهربائية للدماغ يمكنها ضبط استقرار الشبكة وأدائها من خلال التأثير على مكونات الخلايا العصبية الفرعية.
2. تتضمن قدرة الدماغ على التكيف مع عالم متغير بروتينات وجزيئات تتفاعل مع المجالات الكهربائية التي تولدها الخلايا العصبية.
3. تقترح هذه النظرية الجديدة ارتباطًا من المستوى المجهري إلى المستوى المجهري في الدماغ ، وهي فرضية قابلة للاختبار يمكن أن تحدث ثورة في فهمنا لوظيفة الدماغ.

مصدر: معهد بيك أوفر للتعلم والذاكرة

يعمل الدماغ على عدة مستويات لإنتاج العديد من وظائفه ، بما في ذلك التفكير. يتم تمثيل المعلومات ، مثل الأهداف أو الصور ، من خلال نشاط كهربائي منسق بين شبكات الخلايا العصبية ، في حين أن مزيجًا من البروتينات والمواد الكيميائية الأخرى داخل وحول كل خلية عصبية تمكن فعليًا ديناميكيات المشاركة في الشبكة.

تشير ورقة بحثية جديدة أعدها باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة سيتي لندن وجامعة جونز هوبكنز إلى أن الحقول الكهربائية للشبكة تؤثر على البنية الفيزيائية للمكونات الخلوية الفرعية للخلايا العصبية لتحسين استقرار الشبكة وكفاءتها ، وهي عملية يطلق عليها المؤلفون “الاقتران الكهربي الخلوي”.

قال إيرل ك. قال ميلر. التقدم في علم الأعصاب جنبا إلى جنب مع البروفيسور المشارك ديميتريس بينوتسيس من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وسيتي – جامعة لندن ، والبروفيسور جون هوبكنز جين فريدمان.

قال بينوتسيس: “لقد تكيف الدماغ مع عالم متغير”. “تتغير البروتينات والجزيئات. يمكنها أن تحمل الشحنات الكهربائية وتحتاج إلى التقاط الخلايا العصبية التي تعالج وتخزن وتنقل المعلومات باستخدام الإشارات الكهربائية. يبدو من الضروري التفاعل مع المجالات الكهربائية للخلايا العصبية.”

التفكير في المجالات

يركز مختبر ميلر بشكل رئيسي على دراسة كيف يمكن للوظائف المعرفية عالية المستوى ، مثل الذاكرة العاملة ، الظهور بسرعة ومرونة وموثوقية من نشاط ملايين الخلايا العصبية الفردية.

الخلايا العصبية قادرة على تشكيل دوائر نشطة عن طريق صنع وإزالة وصلات تسمى نقاط الاشتباك العصبي ، بالإضافة إلى تقوية أو إضعاف تلك الوصلات. لكنه قال إنه يرسم “خارطة طريق” يمكن للمعلومات أن تتدفق حولها.

وجد ميلر أن الدوائر العصبية المحددة تمثل بشكل جماعي فكرة أو أخرى ، منسقة بواسطة النشاط الإيقاعي والمعروفة بالعامية باسم “موجات الدماغ” ذات الترددات المختلفة.

تساعدنا إيقاعات “جاما” الأسرع على نقل الصور من رؤيتنا (مثل الكعك) ، بينما قد تحمل موجات “بيتا” الأبطأ أفكارًا أعمق حول تلك الصورة (على سبيل المثال “الكثير من السعرات الحرارية”).

أظهر مختبر ميلر أنه عند توقيتها ، يمكن أن تحمل دفقات من هذه الموجات تنبؤات ، وتكتب ، وتحتفظ ، وتقرأ المعلومات في الذاكرة العاملة. تنكسر عندما تعمل الذاكرة.

أبلغ المختبر عن أدلة على أن الدماغ يمكن أن يتلاعب بالإيقاعات في مواقع معينة من الجسم لزيادة تنظيم الخلايا العصبية للإدراك المرن المعروف باسم “الحوسبة المكانية”.

أظهر العمل الأخير من المختبر أنه في حين أن مشاركة الخلايا العصبية الفردية داخل الشبكات غير مستقرة وغير موثوقة ، فإن المعلومات التي تحملها الشبكات المكونة لها يتم تمثيلها باستمرار من خلال المجالات الكهربائية الإجمالية التي تم إنشاؤها بواسطة نشاطها الجماعي.

اقتران كهربائي خلوي

في الدراسة الجديدة ، قام المؤلفون بدمج هذا النموذج للنشاط الكهربائي الإيقاعي الذي ينسق الشبكات العصبية مع أدلة أخرى على أن المجالات الكهربائية تؤثر على الخلايا العصبية على المستوى الجزيئي.

على سبيل المثال ، درس الباحثون الاقتران اللاصق ، حيث تؤثر الخلايا العصبية القريبة من أغشيتها على الخواص الكهربائية لبعضها البعض ، بدلاً من الاعتماد فقط على التبادلات الكهروكيميائية عبر المشابك. يمكن أن يؤثر هذا الكلام المتقاطع الكهربائي على النشاط العصبي.

يستشهد ميلر ، وبينوتسيس ، وفريدمان بأبحاث تظهر التأثيرات الكهربائية الأخرى على الخلايا ومكوناتها ، بما في ذلك كيفية توجيه نمو الخلايا العصبية بواسطة الحقول ويمكن محاذاة الأنابيب الدقيقة بواسطتها.

إذا كان الدماغ يحمل المعلومات في المجالات الكهربائية ، وكانت تلك المجالات الكهربائية قادرة على بناء الخلايا العصبية والأعضاء الأخرى في الدماغ ، فمن المرجح أن يستخدم الدماغ هذه القدرة. يقترح المؤلفون أنه يمكن استخدام حقول الدماغ للتأكد من أن الشبكة تفعل ما يفترض أن تفعله.

لوضعها (بشكل فضفاض) في مصطلحات البطاطا ، فإن نجاح شبكة التلفزيون لا يتعلق فقط بقدرتها على إرسال إشارة واضحة إلى ملايين المنازل. من المهم أيضًا تفاصيل مثل كيفية ترتيب كل عائلة لمشاهدة التلفزيون ونظام الصوت وأثاث غرفة المعيشة لتحقيق أقصى قدر من التجربة.

قال ميلر إنه في كل من هذه الاستعارة والدماغ ، فإن وجود الشبكة يجبر المشاركين الأفراد على تكوين البنية التحتية الخاصة بهم للمشاركة على النحو الأمثل.

كتب المؤلفون في الورقة البحثية: “يربط الاقتران الكهربي الخلوي المعلومات على المستوى المتوسط ​​والعياني بالمستوى المجهري للبروتينات التي تشكل الأساس الجزيئي للذاكرة”.

توفر المقالة الأساس المنطقي التحفيزي للاقتران الانتقائي للخلايا. قال ميلر: “نحن نقدم فرضية يمكن لأي شخص اختبارها”.

تمويل: جاء الدعم البحثي من المملكة المتحدة للبحوث والابتكار (UKRI) ، ومكتب الولايات المتحدة للبحوث البحرية ، ومؤسسة JBB ، ومعهد بيكوفر للتعلم والذاكرة.

حول هذا أخبار أبحاث علم الأعصاب

مؤلف: ديفيد أورينستين
مصدر: معهد بيك أوفر للتعلم والذاكرة
اتصال: ديفيد أورينستين – معهد بيك أوفر للتعلم والذاكرة
صورة: الفيلم مقيد لـ Neuronews

البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“الاقتران الكهربي الخلوي: تنحت المجالات الكهربائية النشاط العصبي و “تضبط” البنية التحتية للدماغ“إيرل ك. ميلر وآخرون. التقدم في علم الأعصاب

ملخص

الاقتران الكهربي الخلوي: تنحت المجالات الكهربائية النشاط العصبي و “تضبط” البنية التحتية للدماغ

نقترح ونقدم أدلة متقاربة لفرضية اقتران الخلايا الكهربية: الحقول الكهربائية التي تولدها الخلايا العصبية هي أقل من مستوى الهيكل الخلوي.

يمكن تحقيق ذلك من خلال الانتشار الكهربي والنقل الميكانيكي والتبادل بين الكهرباء والطاقة والطاقة الكيميائية. ينظم التوصيل البؤري نشاط الخلايا العصبية ، ويشكل مجموعات عصبية على المستوى الكلي.

يتم نقل هذه المعلومات إلى مستوى الخلايا العصبية ، مما يؤثر على الارتفاع المفاجئ ، وتحت المستوى الجزيئي لتثبيت الهيكل الخلوي ، و “ضبطه” لمعالجة المعلومات بشكل أكثر كفاءة.