Лента TH Новости Глобальные вызовы


Мозг в несколько раз производительней, чем мы предполагали

∴ 240

Ученые Калифорнийского университета пришли к выводу, что мозг человека более функционален, чем считалось ранее. Сделанное открытие, касающееся его строения, способно пролить свет, как на природу неврологических расстройств, так и на создание искусственного интеллекта.

171

Основное внимание в исследовании уделялось структуре и функции дендритов, которые являются компонентами нейронов, нервных клеток в головном мозге. Нейроны большие, древовидные структуры, состоящие из тела (сома), с многочисленными ветвями, называемыми дендритами, простирающимися наружу. Сома генерирует короткие электрические импульсы, называемые «шипами», чтобы соединяться и обмениваться данными друг с другом. Ученые в целом полагали, что соматические шипы активируют дендриты, которые пассивно посылают токи в сомы других нейронов, но это никогда не подвергалось прямым испытаниям. Этот процесс является основой для формирования и хранения воспоминаний. Ученые считают, что это была основная роль дендритов.

Но команда UCLA обнаружила, что дендриты – это не просто пассивные каналы. Их исследование показало, что дендриты являются электрически активными, создавая почти в 10 раз больше шипов, чем сомы. Находка бросает вызов давней вере в то, что спайки в соме являются основным способом восприятия, обучения и формирования памяти.

Дендриты составляют более 90 процентов нервной ткани. Зная, что они гораздо более активны, чем сома, коренным образом меняет характер нашего понимания того, как мозг вычисляет информацию. Это может проложить путь к пониманию и лечению неврологических расстройств, а также к разработке компьютеров похожих на мозгНейрофизик UCLA Майанк Мехта, старший автор исследования

Ученые в целом считали, что дендриты смиренно посылали токи, которые они получали от синапса клетки (соединение двух нейронов) с сомой, что в свою очередь порождало электрический импульс. Считалось, что эти короткие электрические всплески, известные как соматические спайки, лежат в основе нейронных вычислений и обучения. Но новое исследование показало, что дендриты генерируют свои собственные всплески в 10 раз чаще, чем сомы.

Исследователи также обнаружили, что дендриты вызывают большие колебания напряжения в дополнение к шипам. Колебания являются бинарными событиями «все или ничего». Сомы генерировали всплески «все или ничего», как это делают цифровые компьютеры. В дополнение к созданию подобных колебаний, дендриты также генерировали большие, медленно меняющиеся пики колебания напряжения. Это указывает на то, что дендриты выполняют аналоговые вычисления.

Используя этот подход, ученые измерили активность дендритов в течение четырех дней у крыс, которым было разрешено свободно перемещаться внутри большого лабиринта. Проводя измерения из задней теменной коры, той части мозга, которая играет ключевую роль в планировании движения, исследователи обнаружили гораздо большую активность в дендритах, чем в сомах — примерно в пять раз больше шипов, пока крысы спали, и в 10 раз больше, когда они исследовали лабиринт. Данный результат существенно меняет наше понимание того, как работает мозг.

Филипп Дончев