Sinyal pertama yang terdeteksi di otak manusia: ScienceAlert

Para ilmuwan telah mengidentifikasi bentuk unik dari pesan seluler yang terjadi di otak manusia. Ini mengungkapkan betapa kita masih harus belajar tentang cara kerja misteriusnya.

Menariknya, penemuan ini menunjukkan bahwa otak kita mungkin merupakan unit komputasi yang lebih kuat dari yang kita duga.

Pada tahun 2020, para peneliti dari institut di Jerman dan Yunani melaporkan adanya mekanisme di sel kortikal ekstraseluler otak yang menghasilkan sinyal “gradien” baru, sebuah sinyal yang dapat memberi neuron individu cara lain untuk menjalankan fungsi logisnya.

Dengan mengukur aktivitas listrik di bagian jaringan yang diambil selama operasi pada pasien epilepsi dan menganalisis strukturnya menggunakan mikroskop fluoresensi, ahli saraf menemukan bahwa sel-sel individual di korteks tidak hanya menggunakan ion natrium biasa untuk “melepaskannya”, tetapi juga kalsium.

Campuran ion bermuatan positif ini melepaskan gelombang tegangan listrik yang belum pernah terlihat sebelumnya, yang disebut potensial aksi dendritik yang dimediasi kalsium, atau dCaAP.

Otak – terutama otak manusia – sering disamakan dengan komputer. Analogi ini memiliki keterbatasan, namun pada tingkat tertentu mereka melakukan tugas dengan cara yang serupa.

Keduanya menggunakan kekuatan potensial listrik untuk melakukan operasi yang berbeda. Di komputer, ini adalah aliran elektron sederhana melalui sambungan yang disebut transistor.

Pada neuron, sinyalnya berupa gelombang saluran buka tutup yang menukarkan molekul bermuatan seperti natrium, klorida, dan kalium. Pulsa ion yang mengalir ini disebut pulsa Potensi tindakan.

Alih-alih menggunakan transistor, neuron menyalurkan pesan-pesan ini secara kimiawi di ujung cabang yang disebut dendrit.

“Dendrit sangat penting untuk memahami otak karena pada dasarnya merekalah yang menentukan kekuatan komputasi neuron tunggal,” ilmuwan saraf Universitas Humboldt Matthew Larcom memberi tahu Walter Beckwith Di American Association for the Advancement of Science pada Januari 2020.

Dendrit adalah lampu lalu lintas sistem saraf kita. Jika potensial aksi cukup besar, maka dapat ditransmisikan ke saraf lain, yang dapat memblokir atau mengirimkan pesan.

Inilah alasan otak kita – riak tegangan listrik yang dapat dikomunikasikan secara kolektif dalam dua bentuk: baik Dan pesan (jika x Dan y dijalankan, dan pesan diteruskan); atau atau pesan (jika x atau y dijalankan, dan pesan diteruskan).

Bisa dibilang tidak ada tempat yang lebih rumit daripada ini di bagian luar sistem saraf pusat manusia yang padat dan keriput. Korteks serebral. Lapisan terdalam kedua dan ketiga sangat tebal, berisi cabang-cabang yang menjalankan fungsi tingkat lebih tinggi yang kita kaitkan dengan sensasi, pikiran, dan kendali motorik.

Para peneliti mengamati lebih dekat jaringan lapisan ini, dan menghubungkan sel ke perangkat yang disebut sinapsis somatodendritik untuk mengirimkan potensi aktif ke atas dan ke bawah setiap neuron, merekam sinyalnya.

“Ada momen eureka ketika kami pertama kali melihat potensi aksi dendritik.” kata Larcom.

Untuk memastikan temuan apa pun tidak terbatas pada penderita epilepsi, mereka memeriksa ulang hasilnya pada sejumlah kecil sampel yang diambil dari tumor otak.

Sementara tim sempat melakukan eksperimen serupa Pada tikusJenis sinyal yang mereka amati yang masuk melalui sel manusia sangat berbeda.

Lebih penting lagi, ketika mereka menyuntik sel dengan penghambat saluran natrium yang disebut tetrodotoxin, mereka dapat menemukan sinyal. Semuanya menjadi tenang hanya dengan memblokir kalsium.

Menemukan potensi aksi yang dimediasi kalsium cukup menarik. Namun pemodelan cara kerja sinyal jenis baru yang sensitif ini di korteks serebral telah mengungkapkan sebuah kejutan.

Selain logis Dan Dan atauBerdasarkan fungsinya, neuron individu ini dapat bertindak 'Eksklusif' atau (XOR) persimpanganyang hanya mengizinkan sinyal ketika sinyal lain diklasifikasikan dengan cara tertentu.

“Secara tradisional, XOR “Proses ini diyakini memerlukan solusi jaringan.” Para peneliti menulis.

Lebih banyak pekerjaan yang perlu dilakukan untuk menyelidiki bagaimana dCaAP berperilaku di seluruh neuron dan dalam sistem kehidupan. Belum lagi apakah hal ini menyangkut manusia, atau apakah mekanisme serupa telah berkembang di tempat lain di dunia hewan.

Teknologi juga memanfaatkan sistem saraf kita untuk mendapatkan inspirasi tentang cara mengembangkan perangkat yang lebih baik; Mengetahui bahwa sel-sel kita masing-masing memiliki beberapa trik tambahan dapat mengarah pada cara-cara baru untuk menghubungkan transistor ke jaringan.

Bagaimana alat penalaran baru yang terbatas pada satu neuron diterjemahkan ke dalam fungsi yang lebih tinggi adalah pertanyaan yang harus dijawab oleh para peneliti di masa depan.

Penelitian ini dipublikasikan di Sains.

Versi artikel ini pertama kali diterbitkan pada Januari 2020.