دندریت ها به توضیح قدرت محاسباتی منحصر به فرد ذهن ما کمک میکنند

0 15

دندریت ها، توضیح دهنده ی قدرت منحصر به فرد ذهن

نورون‌ها در مغز انسان سیگنال‌های الکتریکی را از هزاران سلول دیگر دریافت می‌کنند و دنباله های عصبی بلند به نام دندریت، نقش مهمی در ترکیب کردن تمام این اطلاعات ایفا می‌کنند تا این که سلول‌ها به طور مناسب واکنش نشان دهند.

دانشمندان علوم اعصاب MIT با استفاده از نمونه های سخت برای استخراج مغز انسان، اکنون کشف کرده اند که دندریت های انسانی دارای خواص الکتریکی متفاوت از سایر گونه ها هستند. مطالعات آنها نشان می دهد که سیگنال های الکتریکی بیشتر در حال حرکت در امتداد دندریت های انسانی تضعیف می شوند و به این ترتیب درجه بندی بیشتری از بخش تفکیک الکتریکی ایجاد می کنند، به این معنی که بخش های کوچک از دندریت می توانند به طور مستقل از بقیه نورون عمل کنند.
محققان می‌گویند که این تفاوت‌ها ممکن است به قدرت محاسبه پیشرفته مغز انسان کمک کند.

دندریت ها، توضیح دهنده ی قدرت منحصر به فرد ذهن“اینگونه نیست چون فقط ما نورون‌های بیشتر و قشر بزرگ‌تری داریم باهوش هستیم”. مارک هارنت، استاد کارشناسی ارشد کارل میدلتون در زمینه رشد مغز و علوم شناختی می گوید: در نورون‌های انسانی، بخش بندی الکتریکی بیشتری وجود دارند و این اجازه می‌دهد که این واحدها کمی بیشتر مستقل شوند و منجر به افزایش قابلیت‌های محاسباتی نورون‌های منفرد شوند.”

محاسبات عصبی

دندریت ها را می توان مشابه با ترانزیستور ها در یک کامپیوتر دانست، انجام عملیات ساده با استفاده از سیگنال های الکتریکی. دندریت ها داده ها را از بسیاری از نورون های دیگر دریافت می کنند و این سیگنال ها را به سلول بدن منتقل می کنند. اگر به اندازه کافی تحریک شود، نورون می‌تواند پتانسیل عمل را ایجاد کند (یک تکانه الکتریکی که بعد نورون‌های دیگر را تحریک می‌کند) شبکه‌های بزرگ این نورون‌ها با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند تا افکار و رفتار را تولید کنند.
ساختار یک نورون می‌تواند اغلب شبیه یک درخت باشد، با شاخه‌های زیادی که اطلاعاتی که از سرتاسر سلول های بدن می‌رسد را گرد میآورد.

تحقیقات قبلی نشان دادند که قدرت سیگنال های الکتریکی بستگی به این دارد که تا چه حد در طول دندریت برای رسیدن به آنجا حرکت کرده‌است. وقتی سیگنال‌ها منتشر می‌شوند، ضعیف‌تر می‌شوند، بنابراین سیگنالی که از نقطه دور بدن می‌رسد تاثیر کمتری نسبت به چیزی دارد که از نقطه نزدیک بدن سلول می‌رسد.
دندریت ها در قشر مغز انسان بسیار طولانی‌تر از موش‌های صحرایی و بسیاری گونه‌های دیگر هستند، زیرا قشر انسان رشد کرده‌است تا ضخیم‌تر از دیگر گونه‌ها باشد.
در انسان‌ها، قشر مخ حدود ۷۵ درصد از کل حجم مغز را تشکیل می‌دهد، در حالی که در مغز موش حدود ۳۰ درصد است.

اگرچه قشر انسان دو برابر ضخیم‌تر از مغز موش است، اما همان سازمان کلی که متشکل از شش لایه متمایز از نورون‌ها است را دارد. نورون‌ها از لایه ۵ به اندازه کافی بلند هستند که به همه مسیر تا لایه ۱ برسند، به این معنی که دندریت انسان باید به همان اندازه که مغز انسان رشد کرده‌است، بلند شده باشد و سیگنال‌های الکتریکی باید به خیلی دورتر حرکت کنند.

در تحقیق جدید، تیم MIT میخواست تحقیق کند که چگونه این اختلاف طول ممکن است بر خواص الکتریکی دندریت ها تأثیر می گذارد. آنها توانستند فعالیت الکتریکی در دندریت های موش و انسان را با استفاده از قطعات کوچک بافت مغزی که از بیماران مبتلا به صرع تحت عمل جراحی لوب گیجگاهی جدا شده بودند، سنجش کنند. برای رسیدن به بخش معیوب مغز، جراحان باید یک تکه کوچکی از لوب گیجگاهی قدامی را بیرون بیاورند.

هارنت می‌گوید که شواهد نشان می‌دهند که لوب گیجگاهی جلویی دچار صرع نمیشود و وقتی با روش‌های نوروپاتولوژی بررسی می‌شود، بافت طبیعی به نظر می‌رسد. به نظر می‌رسد که این بخش از مغز در انواع مختلفی از عملکرد ها، از جمله زبان و پردازش دیداری دخیل باشد، اما برای هیچ کدام حیاتی نیست؛ بیماران می‌توانند بعد از حذف آن، به طور عادی رفتار کنند.

هنگامی که بافت برداشته شد، محققان آن را در محلولی بسیار شبیه به مایع مغزی نخاعی قرار دادند و اکسیژن از طریق آن جریان یافت. این به آنها اجازه داد تا بافت را تا 48 ساعت زنده نگه‌دارند. در طی این زمان، آنها از تکنیک شناخته شده  الکتروفیزیولوژی به نام patch-clamp استفاده کردند تا اندازه گیری کنند که چگونه سیگنال های الکتریکی در امتداد دندریت های نورون های هرمی، که شایع ترین نوع نورون های تحریکی در قشر هستند، حرکت می کنند.

ویژگی‌های منحصر به فرد

محققان دریافتند که از آنجا که دندریت های انسانی فواصل طولانی را پوشش می دهند، رسیدن سیگنال جاری از لایه 1 تا cell body در لایه 5 در امتداد یک دندریت انسان بسیار ضعیف تر از حالتی است که در موش رخ می دهد.

آنها همچنین نشان دادند که دندریت های انسان و موش دارای تعداد مشابه کانال های یونی هستند که جریان جاری را تنظیم می کنند اما این کانال‌ها با تراکم کمتر در دندریت های انسان به عنوان نتیجه طویل شدن دندریت وجود دارند. هارنت می گوید، آنها همچنین یک مدل بیوفیزیکی دقیق را که نشان می دهد این تغییر تراکم می تواند به برخی از تفاوت ها در فعالیت های الکتریکی بین دندریت های انسان و موش منجر شود، ایجاد کردند.

سوال این است که چگونه این تفاوت‌ها بر مغز انسان تاثیر می‌گذارد؟ فرضیه هارنت این است که به دلیل این تفاوت‌ها که به مناطق بیشتری از دندریت اجازه می‌دهد تا قدرت سیگنال ورودی را تحت‌تاثیر قرار دهند، نورون‌های فردی می‌توانند محاسباتی پیچیده بیشتری بر روی اطلاعات انجام دهند.

او می‌گوید: ” اگر یک ستون قشری از یک تکه  قشر انسان و موش داشته باشید، قادر به انجام محاسبات بیشتر با ساختار انسان در مقابل ساختار موش خواهید بود.”

هارنت می افزاید: تفاوت های زیادی بین نورون های انسانی و دیگر گونه های مختلف وجود دارد و این استفاده از خواص الکتریکی دندریتیک را سخت می‌کند. در مطالعات آینده، او امیدوار است تا بیشتر به بررسی تاثیر این خواص الکتریکی و نحوه ارتباط آنها با دیگر ویژگی های منحصر به فرد نورون های انسانی، برای تولید توان محاسباتی بیشتر بپردازد.

متن کامل مقاله را از اینجا بخوانید.

منبع:

yon.ir/oaIYV

 

 

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.