"Minicomputer" Leben im Inneren des menschlichen Gehirns

Das Gehirn möglicherweise eine noch leistungsfähigere Computer als zuvor gedacht – mikroskopisch kleine Zweige der Gehirnzellen, die einst annahm, dass Sie im Grunde dienen als bloße Verdrahtung tatsächlich als Minicomputer Verhalten kann, sagen Forscher.

Die leistungsfähigste Computer bekannt ist das Gehirn. Das menschliche Gehirn besitzt etwa 100 Milliarden Neuronen mit etwa 1 Billiarde-1000000 Milliarden – Verbindungen bekannt als Synapsen Verdrahtung dieser Zellen zusammen.

Neuronen wirken jeweils wie eine Relaisstation für elektrische Signale. Das Herzstück jedes Neuron ist die Soma genannt – eine dünne linienhafte Faser bekannt als das Axon, die aus der Soma Stöcken Nervensignale vom der Nervenzelle trägt, tragen dieses Projekt vom anderen Ende der Soma beim viele kürzere Zweige, die Dendriten genannt Nervensignale an das Neuron. [Im Inneren des Gehirns: eine Foto-Reise durch die Zeit]

Jetzt Wissenschaftler finden, Dendriten können mehr als nur passive Verkabelung; in der Tat können sie aktiv Informationen verarbeiten.

"Plötzlich, es ist als ob die Rechenleistung des Gehirns viel größer ist, als wir ursprünglich gedacht hatten," Studie leitende Autor Spencer Smith, Neurowissenschaftler an der University of North Carolina in Chapel Hill, sagte in einer Erklärung.

Elektrische Spitzen

Axone sind was Neuronen konventionell verwenden, um die Spikes von Strom zu erzeugen. Frühere Forschung entdeckt jedoch, dass viele der gleichen Moleküle, die elektrische Spitzen zu unterstützen sind auch in den Dendriten und Experimente mit Hirngewebe zeigte, dass Dendriten diese Moleküle verwenden können, um diese Spitzen sich zu generieren.

Es war unklar, ob normale Hirnaktivität dendritische Spitzen beteiligt und wenn ja, welche Rolle sie spielt. Um dies herauszufinden, befestigt Smith und seine Kollegen winzige Glaspfeifen bekannt als Pipetten, Dendriten in Bereichen des Mäusegehirns verantwortlich für die Verarbeitung von Daten aus den Augen.

"Befestigung der Pipette an einem Dendriten ungeheuer technisch anspruchsvoll ist,", sagte Smith. "Sie können nicht die Dendriten aus allen Richtungen nähern. Und Sie nicht sehen, die Dendriten. So musst du diese Blind. Es ist wie Angeln, wenn alles, was du siehst ist die elektrische Spur eines Fisches."

Sobald sie erfolgreich Pipetten Dendriten verbunden, nahmen die Forscher elektrische Aufnahmen aus einzelnen Dendriten in den Gehirnen von Mäusen, narkotisierten und wach. Die Mäuse schwarz-weiß-Bars auf einem Computerbildschirm betrachtet, erkannt die Wissenschaftler eine ungewöhnliche Muster von elektrischen Signalen oder platzt der Spitzen, in die Dendriten. [10 merkwürdige Fakten über das Gehirn]

"Als wir Aufnahme von Dendriten anfingen, die Ausbrüche von Spitzen sahen wir kaum zu glauben waren", sagte Smith. Spitzen von Axonen, während "sind isolierte, feierliche Obelisken, im Vergleich dazu waren die dendritischen Spikes, die wir sahen rauhen, dynamische Ereignisse und Hochebenen."

Die Eigenschaften der elektrischen Signale aus dem Dendriten variiert abhängig von den Funktionen der Bilder die Mäuse sah. Dies deutet darauf hin, dass die Dendriten können tatsächlich helfen die Mäuse verarbeiten, was sie sehen.

Mini DV-Geräte

"Diese Arbeit zeigt, dass Dendriten, lange Zeit als einfach eingehende Signale in Richtung der Soma Trichter stattdessen eine Schlüsselrolle bei der Sortierung und interpretieren die enorme Flut der Beiträge durch das Neuron" Studie Co-Autor Michael Hausser am University College Londonsaid in einer Erklärung. "Dendriten fungieren somit als Mini DV-Geräte für die Erkennung und verstärken bestimmte Arten von Eingaben."

"Stell dir vor du bist reverse engineering ein Stück der alien-Technologie, und was Sie dachten, war einfache Verdrahtung stellt sich heraus, Transistoren, die Informationen zu berechnen,", sagte Smith. "Das ist, wie dieser zu finden ist. Die Folgen sind spannend zu denken."

Alles in allem "Funktionen, die wir benötigten eine gesamte Neuron dachte stattdessen durch nur einen Teil eines Neurons dendritische Baum durchgeführt werden können,", sagte Smith LiveScience. "Dies würde bedeuten, dass ein einzelnes Neuron wie viele, viele rechnerische Untereinheiten wirken kann."

Aber während er sagte, es war klar, dass dendritische Aktivität steigt die Rechenleistung des Gehirns, hinzugefügt Smith war es schwer zu quantifizieren, wie viel es ihm durch gesteigert.

Die Wissenschaftler wollen welche Rolle dendritischer Aktivität weiter zu erforschen kann an anderer Stelle im Gehirn als Vision spielen.

"Diese Art von dendritischen Verarbeitung über viele Hirnareale und in der Tat viele verschiedene Tierarten, einschließlich des Menschen, weit verbreitet sein dürfte", sagte Hausser. "Diese neue Eigenschaft der Dendriten verleiht ein wichtiges neues Element das Toolkit für die Berechnung im Gehirn."

Obwohl dies Grundlagenforschung zum Ziel ist zu verstehen, wie Brain-Schaltung funktioniert, könnte es helfen, Erkrankungen des Gehirns als auch Adresse Smith sagte. "Es gibt Krankheiten, die stark dendritische Spick und damit Funktion des Gehirns beeinflussen könnten, und können wir unser neue Verständnis von dendritischen Spick um zu erkunden, was bei diesen Erkrankungen schief gehen könnte" sagte er.

Die Wissenschaftler ihre Ergebnisse detailliert Online-Okt. 27 in der Zeitschrift Nature.

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