Les scientifiques ont identifié une forme unique de messagerie cellulaire qui se produit dans le cerveau humain. Cela révèle combien il nous reste encore à apprendre sur son mystérieux fonctionnement interne.
Il est intéressant de noter que cette découverte suggère que nos cerveaux pourraient être des unités de calcul plus puissantes que nous ne le pensions.
En 2020, des chercheurs d'instituts allemands et grecs ont signalé un mécanisme dans les cellules corticales extracellulaires du cerveau qui produit son propre signal « gradient », un signal qui peut fournir aux neurones individuels une autre façon d'accomplir leurs fonctions logiques.
En mesurant l’activité électrique dans des sections de tissus prélevés lors d’une intervention chirurgicale sur des patients épileptiques et en analysant leur structure par microscopie à fluorescence, les neurologues ont découvert que les cellules individuelles du cortex utilisent non seulement les ions sodium habituels pour « libérer », mais également le calcium.
Ce mélange d'ions chargés positivement a libéré des vagues de tensions électriques jamais vues auparavant, appelées potentiels d'action dendritiques médiés par le calcium, ou dCaAP.
Les cerveaux – en particulier ceux du genre humain – sont souvent comparés aux ordinateurs. L’analogie a ses limites, mais à certains niveaux, ils accomplissent des tâches de manière similaire.
Ils utilisent tous deux la puissance du potentiel électrique pour effectuer différentes opérations. Dans les ordinateurs, il s’agit d’un simple flux d’électrons traversant des jonctions appelées transistors.
Dans les neurones, le signal se présente sous la forme d’une vague de canaux d’ouverture et de fermeture qui échangent des molécules chargées telles que le sodium, le chlorure et le potassium. Cette impulsion d'ions circulant est appelée une impulsion Potentiel d'action.
Au lieu de transistors, les neurones transmettent ces messages chimiquement au bout de branches appelées dendrites.
« Les dendrites sont fondamentales pour comprendre le cerveau car elles déterminent essentiellement la puissance de calcul de chaque neurone », neuroscientifique de l'Université Humboldt. Matthew Larcom a dit à Walter Beckwith À l'Association américaine pour l'avancement de la science en janvier 2020.
Les dendrites sont les feux de signalisation de notre système nerveux. Si le potentiel d’action est suffisamment grand, il peut être transmis à d’autres nerfs, qui peuvent bloquer ou transmettre le message.
Telles sont les logiques de notre cerveau – des ondulations de tension électrique qui peuvent être communiquées collectivement sous deux formes : soit Et message (si x Et y est exécuté et le message est transmis) ; ou ou message (si x ou y est exécuté et le message est transmis).
Cela n’est sans doute nulle part plus complexe que cela dans la partie externe dense et ridée du système nerveux central humain. Cortex cérébral. Les deuxième et troisième couches plus profondes sont particulièrement épaisses et remplies de branches qui remplissent des fonctions de niveau supérieur que nous associons à la sensation, à la pensée et au contrôle moteur.
Les chercheurs ont examiné de plus près les tissus de ces couches et ont connecté les cellules à un dispositif appelé synapse somatodendritique pour envoyer des potentiels actifs de haut en bas de chaque neurone, enregistrant ainsi ses signaux.
« Il y a eu un moment eurêka lorsque nous avons vu pour la première fois des potentiels d'action dendritiques. » Larcom a dit.
Pour s’assurer que les résultats ne se limitaient pas aux personnes épileptiques, ils ont revérifié leurs résultats sur un petit nombre d’échantillons prélevés sur des tumeurs cérébrales.
Alors que l'équipe avait mené des expériences similaires Sur les sourisLes types de signaux qu’ils ont observés bourdonnant à travers les cellules humaines étaient très différents.
Plus important encore, lorsqu’ils ont injecté aux cellules un bloqueur des canaux sodiques appelé tétrodotoxine, ils ont pu trouver un signal. Tout s'est calmé uniquement en bloquant le calcium.
Trouver des potentiels d’action médiés par le calcium est assez intéressant. Mais la modélisation de la manière dont ce nouveau type de signal sensible fonctionne dans le cortex cérébral a révélé une surprise.
En plus de la logique Et Et ouFonctions du type, ces neurones individuels peuvent agir 'Exclusif' ou (XOR) carrefoursqui n'autorise un signal que lorsqu'un autre signal est classé d'une certaine manière.
« Traditionnellement, XOR « On pense que le processus nécessite une solution réseau. » Les chercheurs ont écrit.
Des travaux supplémentaires doivent être effectués pour étudier le comportement des dCaAP dans des neurones entiers et dans le système vivant. Sans compter si cela concerne les humains, ou si des mécanismes similaires ont évolué ailleurs dans le règne animal.
La technologie s’inspire également de notre système nerveux pour développer de meilleurs appareils ; Savoir que nos cellules individuelles ont quelques atouts supplémentaires dans leur sac pourrait conduire à de nouvelles façons de connecter les transistors aux réseaux.
Comment ce nouvel outil de raisonnement confiné à un seul neurone se traduit en fonctions supérieures est une question à laquelle les futurs chercheurs devront répondre.
Cette recherche a été publiée dans les sciences.
Une version de cet article a été initialement publiée en janvier 2020.
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