Цитоэлектрическая связь: электрические поля в порядке

Краткое содержание: Ученые представили гипотезу, получившую название «Цитоэлектрическая связь», предполагающую, что электрические поля внутри мозга могут манипулировать субклеточными компонентами нейронов, оптимизируя стабильность и эффективность сети. Они предполагают, что эти поля позволяют нейронам настраивать сеть обработки информации до молекулярного уровня.

Для сравнения, этот процесс аналогичен тому, как домохозяйства настраивают свой телевизор для оптимального просмотра. Теория, открытая для тестирования, может значительно улучшить наше понимание внутренней работы мозга.

Ключевые факты:

Источник:Институт Пикауэра обучения и памяти

Для выполнения своих многочисленных функций, включая мышление, мозг работает на многих уровнях. Такая информация, как цели или изображения, представлена ​​скоординированной электрической активностью между сетями нейронов, в то время как внутри и вокруг каждого нейрона смесь белков и других химических веществ физически выполняет механику участия в сети.

В новой статье исследователей из Массачусетского технологического института, Лондонского Сити-Университета и Университета Джона Хопкинса утверждается, что электрические поля сети влияют на физическую конфигурацию субклеточных компонентов нейронов, оптимизируя стабильность и эффективность сети. Эту гипотезу авторы называют « Цитоэлектрическая связь».

«Информация, которую обрабатывает мозг, играет роль в тонкой настройке сети вплоть до молекулярного уровня», — сказал Эрл К. Миллер, профессор Пикауэра в Институте обучения и памяти Пикауэра при Массачусетском технологическом институте, который является соавтором статьи в прогрессе. Доктор философии по нейробиологии с доцентом Димитрисом Пиноцисом из Массачусетского технологического института и Лондонского Сити-университета и профессором Джином Фридманом из Университета Джонса Хопкинса.

«Мозг адаптируется к меняющемуся миру», — сказал Пиноцис. «Его белки и молекулы тоже меняются. Они могут иметь электрические заряды и должны догонять нейроны, которые обрабатывают, хранят и передают информацию с помощью электрических сигналов. Взаимодействие с электрическими полями нейронов кажется необходимым».

Думая в полях

Основное внимание лаборатории Миллера уделяется изучению того, как когнитивные функции более высокого уровня, такие как рабочая память, могут быстро, гибко и в то же время надежно возникать из активности миллионов отдельных нейронов.

Нейроны способны динамически формировать цепи, создавая и удаляя соединения, называемые синапсами, а также усиливая или ослабляя эти соединения. Но это всего лишь формирует «дорожную карту», ​​по которой может течь информация, сказал Миллер.

Миллер обнаружил, что определенные нейронные цепи, которые в совокупности представляют ту или иную мысль, координируются ритмической активностью, в просторечии известной как «мозговые волны» разных частот.

Быстрые «гамма»-ритмы помогают передавать изображения, исходящие от нашего зрения (например, булочка), в то время как более медленные «бета-волны» могут передавать наши более глубокие мысли об этом изображении (например, «слишком много калорий»).

Лаборатория Миллера показала, что при правильном расчете времени всплески этих волн могут нести предсказания, позволяют записывать, удерживать и считывать информацию в рабочей памяти. Они ломаются вместе с рабочей памятью.

Лаборатория сообщила о доказательствах того, что мозг может отчетливо манипулировать ритмами в определенных физических местах для дальнейшей организации нейронов для гибкого познания. Эта концепция получила название «Пространственные вычисления».

Другая недавняя работа лаборатории показала, что, хотя участие отдельных нейронов в сетях может быть непостоянным и ненадежным, информация, передаваемая сетями, частью которых они являются, стабильно представлена ​​общими электрическими полями, генерируемыми их коллективной деятельностью.

Цитоэлектрическая связь

В новом исследовании авторы объединяют эту модель ритмической электрической активности, координирующей нейронные сети, с другими доказательствами того, что электрические поля могут влиять на нейроны на молекулярном уровне.

Исследователи, например, изучили эфаптическую связь, при которой нейроны влияют на электрические свойства друг друга через близость своих мембран, а не полагаются исключительно на электрохимический обмен через синапсы. Эти электрические перекрестные помехи могут влиять на функции нейронов, в том числе на то, когда и когда они передаются электрические сигналы другим нейронам в цепи.