Суперкомпьютер в каждом из нас. Открытие нового cигнала в клетках мозга намекает на его вычислительные возможности

Можно ли сказать, что человеческий мозг только что стал еще более умопомрачительным? Благодаря новому открытию ученых, которые наткнулись на новую, невиданную ранее форму обмена сообщениями между клетками, у человечества появились все основания для такого заявления. Так, в человеческом мозгу был зарегистрирован новый, ранее никогда невиданный сигнал, пишет Science Alert.

В Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и интересные новости из мира науки!

Исследователи из Германии и Греции недавно обнаружили в клетках внешней коры головного мозга механизм, который производит новый загадочный "градуированный" сигнал. Этот сигнал может дать отдельным нейронам совершенно новый способ выполнять свои логические функции. Можно сказать, что это модернизация вычислительной мощности нашим мозгом.

Ученые исследовали это новое захватывающее открытие, анализируя электрическую активность в участках ткани, извлеченных во время операции по удалению эпилепсии. Они обнаружили, что отдельные клетки коры головного мозга используют для "выстрела" не только типичные ионы натрия, но и кальция. И когда эти положительно заряженные ионы соединяются, они вызывают беспрецедентную волну напряжения, подобной которой раньше не наблюдалось. Названые "dCaAPs", эти дендритные потенциалы действия, опосредованные кальцием, могут изменить игру, когда речь идет о том, как мы понимаем человеческий мозг.

Мы знаем, что сравнение мозга с компьютером имеет свои ограничения, но в некотором смысле это родственные души. Оба они опираются на электрическое напряжение для выполнения различных операций – в компьютерах это простой поток электронов через транзисторы, а в нейронах – волны заряженных частиц, таких как натрий, хлорид и калий. Вместо транзисторов в нейронах используются дендриты для химического управления этими сообщениями.

По словам нейробиолога из Университета Гумбольдта Мэтью Ларкума, дендриты имеют решающее значение для понимания работы мозга, поскольку именно они определяют вычислительную мощность отдельных нейронов. Подумайте о них как о светофорах в нашей нервной системе. Если потенциал действия достаточно значителен, он может быть передан другим нервам, которые могут либо заблокировать, либо передать сообщение.

В коре головного мозга, внешней части центральной нервной системы человека, этот эффект пульсации становится еще более сложным. Второй и третий слои коры головного мозга особенно плотные и морщинистые, и в них сосредоточены ветви, выполняющие функции высокого порядка, такие как ощущения, мышление и двигательный контроль.

Именно на этих слоях сосредоточились исследователи, подключив клетки к устройству под названием "соматодендритный патч-клиппер" для записи их сигналов. И когда они впервые увидели дендритные потенциалы действия, произошел тот самый коллективный момент "эврика".

Но на этом открытия не закончились, ведь команда также обнаружила, что эти отдельные нейроны могут действовать как программная операция "XOR" – разрешать сигнал только тогда, когда другой сигнал имеет определенную градацию. Традиционно считается, что операция XOR требует сетевого решения, но эти клетки, похоже, уже все поняли.

Еще многое предстоит узнать о том, как dCaAPs ведут себя в целых нейронах и в живой системе. Но знание того, что наши отдельные клетки имеют несколько дополнительных трюков в рукаве, может привести к появлению всевозможных новых способов объединения транзисторов в сеть и разработке более совершенного оборудования. Кто знает, какие еще сюрпризы готовит нам человеческий мозг, известный как самая сложная конструкция во Вселенной? Каждый день, когда мы узнаем о нем что-то новое, является захватывающим событием для всей науки.