Um sinal inédito detectado no cérebro humano: ScienceAlert

Os cientistas identificaram uma forma única de mensagem celular que ocorre no cérebro humano. Revela o quanto ainda temos que aprender sobre o seu misterioso funcionamento interno.

Curiosamente, esta descoberta sugere que os nossos cérebros podem ser unidades computacionais mais poderosas do que pensávamos.

Em 2020, investigadores de institutos na Alemanha e na Grécia relataram um mecanismo nas células corticais extracelulares do cérebro que produz um novo sinal de “gradiente” próprio, um sinal que pode fornecer aos neurónios individuais outra forma de realizar as suas funções lógicas.

Ao medir a actividade eléctrica em secções de tecido removidas durante a cirurgia em pacientes com epilepsia e analisar a sua estrutura utilizando microscopia de fluorescência, os neurologistas descobriram que células individuais no córtex utilizam não só os habituais iões de sódio para “libertar”, mas também cálcio.

Esta mistura de íons carregados positivamente liberou ondas de tensões elétricas nunca antes vistas, conhecidas como potenciais de ação dendríticos mediados por cálcio, ou dCaAPs.

Os cérebros – especialmente os da espécie humana – são frequentemente comparados aos computadores. A analogia tem as suas limitações, mas em alguns níveis eles realizam tarefas de maneira semelhante.

Ambos usam a potência do potencial elétrico para realizar diferentes operações. Nos computadores, este é um simples fluxo de elétrons através de junções chamadas transistores.

Nos neurônios, o sinal tem a forma de uma onda de abertura e fechamento de canais que trocam moléculas carregadas como sódio, cloreto e potássio. Este pulso de íons fluindo é chamado de pulso Potencial de acção.

Em vez de transistores, os neurônios conduzem essas mensagens quimicamente nas extremidades de ramos chamados dendritos.

“Os dendritos são fundamentais para a compreensão do cérebro porque são essencialmente o que determina o poder computacional de neurônios individuais”, neurocientista da Universidade Humboldt. Matthew Larcom disse a Walter Beckwith Na Associação Americana para o Avanço da Ciência em janeiro de 2020.

Os dendritos são os semáforos do nosso sistema nervoso. Se o potencial de ação for grande o suficiente, ele poderá ser transmitido a outros nervos, que poderão bloquear ou transmitir a mensagem.

Estas são as razões do nosso cérebro – ondulações de voltagem elétrica que podem ser comunicadas coletivamente de duas formas: ou E mensagem (se x E y é executado e a mensagem é passada); ou ou mensagem (se x ou y é executado e a mensagem é passada).

Provavelmente em nenhum lugar isso é mais complexo do que na parte externa densa e enrugada do sistema nervoso central humano. Córtex cerebral. A segunda e a terceira camadas mais profundas são particularmente espessas, repletas de ramos que desempenham funções de nível superior que associamos à sensação, ao pensamento e ao controle motor.

Os pesquisadores observaram mais de perto o tecido dessas camadas e conectaram as células a um dispositivo chamado sinapse somatodendrítica para enviar potenciais ativos para cima e para baixo em cada neurônio, registrando seus sinais.

“Houve um momento eureka quando vimos pela primeira vez potenciais de ação dendríticos.” Larcom disse.

Para garantir que quaisquer descobertas não se limitassem a pessoas com epilepsia, eles verificaram novamente os resultados num pequeno número de amostras retiradas de tumores cerebrais.

Embora a equipe tenha conduzido experimentos semelhantes Em ratosOs tipos de sinais que observaram circulando pelas células humanas eram muito diferentes.

Mais importante ainda, quando injetaram nas células um bloqueador dos canais de sódio chamado tetrodotoxina, conseguiram encontrar um sinal. Tudo se acalmou apenas com o bloqueio do cálcio.

Encontrar potenciais de ação mediados pelo cálcio é bastante interessante. Mas modelar a forma como este novo tipo de sinal sensível funciona no córtex cerebral revelou uma surpresa.

Além da lógica E E ouFunções do tipo, esses neurônios individuais podem atuar 'Exclusivo' ou (XOR) interseçõesque só permite um sinal quando outro sinal é classificado de uma determinada forma.

“Tradicionalmente, XOR “Acredita-se que o processo exija uma solução de rede.” Os pesquisadores escreveram.

Mais trabalho precisa ser feito para investigar como os dCaAPs se comportam em neurônios inteiros e no sistema vivo. Sem mencionar se se trata de humanos ou se mecanismos semelhantes evoluíram em outras partes do reino animal.

A tecnologia também busca inspiração em nosso sistema nervoso sobre como desenvolver dispositivos melhores; Saber que nossas células individuais têm alguns truques extras na manga pode levar a novas maneiras de conectar transistores a redes.

Como esta nova ferramenta de raciocínio confinada a um único neurônio se traduz em funções superiores é uma questão que os futuros pesquisadores deverão responder.

Esta pesquisa foi publicada em Ciências.

Uma versão deste artigo foi publicada originalmente em janeiro de 2020.