Signalneuronen Lassen Nachbarzellen "wollen"
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Video: Signalneuronen Lassen Nachbarzellen "wollen"

Video: Gehirn-Computer-Schnittstelle - der direkte Draht zum Denken (Fast Forward Science 2015) 2022, Dezember
Anonim

Synapsen sind darauf vorbereitet, zu stärken (und somit das Lernen zu ermöglichen), wenn eine nahe gelegene gerade stimuliert wurde.

Eine neue Entdeckung über die Funktion von Neuronen könnte Wissenschaftlern helfen, zu verstehen, wie das Gehirn Informationen während des Lernens und der Gedächtnisbildung zusammensetzt.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass elektrische Impulse, wenn sie von einem Neuron zu einem anderen übertragen werden, nicht nur die Synapse (Verbindung) zwischen ihnen stärken, sondern auch benachbarte Synapsen ankurbeln und sie dazu anregen, schneller und einfacher zu lernen. Forscher berichten in Nature, dass der zusätzliche Kick, der fünf bis zehn Minuten dauert, der Schlüssel zur Gedächtnisbildung sein kann.

Der verbleibende Effekt "wurde anhand sogenannter klassischer Plastizitätsmodelle vorhergesagt" - die Fähigkeit des Gehirns, sich durch Stärkung oder Schwächung der Verbindungen zwischen Neuronen anzupassen - war jedoch bisher nicht nachgewiesen worden, sagt der Biophysiker Karel Svoboda, Co-Autor der Studie Gruppenleiter am Janelia Farm Research Campus des Howard Hughes Medical Institute in Ashburn, Virginia.

Neuronen oder Nervenzellen haben jeweils ein Paar von Projektionen - das Axon und der Dendrit, die Impulse senden bzw. empfangen. Der Dendrit, eine baumartige Struktur, hat mehrere Zweige mit Hunderten von synaptischen Empfangsterminals, die als "Stacheln" bezeichnet werden und jeweils mit den Axonen zahlreicher anderer Neuronen verbunden sind. Wenn eine dieser Stacheln stimuliert wird (durch die Synapse, die sie mit der axonalen Projektion einer anderen Zelle erzeugt), dehnt sich die Wirbelsäule in die Synapse aus und stärkt die Verbindung zwischen ihrem Neuron und der anderen Zelle. Dieser Prozess der verbesserten Kommunikation durch eine Synapse wird als Langzeitpotenzierung (LTP) bezeichnet und gilt als Grundlage des Lernens.

Frühere Versuche, diesen Prozess zu identifizieren, wurden durch ungenaue Methoden verhindert. Die Forscher verwendeten hauptsächlich elektrische Impulse, die keine gute räumliche Beobachtung ermöglichen. Svoboda und der Co-Autor der Studie, Christopher Harvey, ein Doktorand in Svobodas Labor, verwendeten eine präzisere Technik. Sie banden eine lichtabsorbierende chemische Gruppe an eine bestimmte Synapse in einem Schnitt des Hippocampus einer Ratte, der für das Kurzzeitgedächtnis verantwortlichen Hirnregion, an den Neurotransmitter Glutamat (einen exzitatorischen chemischen Botenstoff im Gehirn). Als sie einen Laser auf das Glutamat trainierten, wurde es von seinem lichtabsorbierenden molekularen Fänger befreit und konnte dadurch seine Funktion wieder aufnehmen. es ging zur dendritischen Wirbelsäule in der Synapse, wodurch Ionen in die Zelle eindringen und ein elektrisches Signal erzeugt werden konnte.

Infolge dieser Stimulation streckte sich die Wirbelsäule weiter in die Synapse hinein. Die Forscher fanden keine Hinweise darauf, dass sich auch benachbarte Stacheln ausgedehnt hatten, aber sie fanden heraus, dass weniger Stimulation erforderlich war - nur 20 Prozent des ursprünglichen Anstoßes -, um einen der 20 Stacheln innerhalb von 10 Mikrometern (etwa vier Zehntausendstel Zoll) auszulösen) LTP zu unterziehen. Dieser Effekt schien fünf bis zehn Minuten zu dauern, berichten die Wissenschaftler.

Svoboda sagt, dass diese kooperative Aktivität möglicherweise der Integration von Informationen zugrunde liegt, wenn beispielsweise eine Person eine neue Umgebung betritt und sich umschaut, um Assoziationen verschiedener Hinweise in diesem Raum herzustellen. "Die Leute wussten nicht, wie diese Assoziationen im Verlauf von etwa 10 Minuten in Neuronen codiert werden könnten", sagt er. "Es bietet einen möglichen Mechanismus für Assoziationen über Minuten."

In einem Leitartikel zum Artikel sagt Bernardo Sabatini, Assistenzprofessor für Neurobiologie an der Harvard Medical School, dass die Arbeit von Harvey und Svoboda neue Komplexität in die neuronale Verkabelung des Gehirns einführt.

"[Für] einige Formen aktivitätsabhängiger Plastizität im Hippocampus könnte die grundlegende Regulierungseinheit größer sein als eine einzelne Synapse", schrieb er, "und vielmehr eine physikalisch gruppierte Kohorte von Synapsen mit ähnlichen Zündmustern, deren räumliche Die Anordnung auf Dendriten ergibt sich natürlich aus sich gegenseitig verstärkenden Wechselwirkungen zwischen Synapsen."

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