Vedcom sa podarila unikátna vec. Objavili totižto jedinečnú formu šírenia signálu prostredníctvom mozgových buniek, ktorá môže naznačovať, že náš mozog je ešte silnejšia výpočtová jednotka ako sme si doteraz predstavovali.

Ako informuje portál Science Alert, vedcom z nemeckých a gréckych inštitútov sa podarilo odkryť doposiaľ nevídaný mechanizmus vo vonkajších kortikálnych mozgových bunkách, ktorý produkuje takzvaný „odstupňovaný“ signál. Ten by podľa výskumníkov mohol jednotlivým neurónom poskytovať aj iný spôsob vykonávania ich logických funkcií.

Novoobjavený signál nám pomôže lepšie pochopiť mozog

Neurológovia meraním elektrickej aktivity v častiach mozgového tkaniva odstráneného počas chirurgického zákroku na epileptických pacientoch a analyzovaním ich štruktúry pomocou fluorescenčnej mikroskopie zistili, že jednotlivé bunky v kortexe nepoužívajú iba obvyklé sodné ióny, ale aj vápnik.

Zobraziť celú galériu (6)

Pixabay

Táto kombinácia kladne nabitých iónov odštartovala napäťové vlny, ktoré nikdy predtým neboli známe ani pozorované. Vedci tieto signály označili ako vápnikom-sprostredkované dendritické akčné potenciály alebo skratkou dCaAP. Novoobjavená forma šírenia signálu ľudským mozgom by mohla zmeniť spôsob, akým vnímame náš mozog z hľadiska výpočtovej jednotky.

Ľudský mozog ako synonymum k dnešným počítačom

Ľudský mozog zvykneme často porovnávať s počítačmi. Hoci má táto analógia svoje limity, často náš mozog a počítač vykonávajú na niektorých úrovniach úlohy podobným spôsobom. Rovnako ako počítač, aj mozog využíva pre komunikáciu elektrické napätie pre vykonávanie rôznych operácií. V prípade počítačov je to vo forme pomerne jednoduchého toku elektrónov, ktoré sú usmerňované cez križovatky zvané tranzistory.

Zobraziť celú galériu (6)

Pixabay

V ľudskom mozgu je tento tok elektrónov, respektíve signál šírený vo forme vĺn otváracích a zatváracích kanálov, ktoré si vymieňajú nabité častice, napríklad sodík, chlorid a draslík. Tento pulz tečúcich iónov sa tiež nazýva akčný potenciál, no namiesto tranzistorov tieto signály spracúvajú v chemickej forme neuróny na konci vetiev, ktoré nazývame dendrity.

Zobraziť celú galériu (6)

Wikipedia

Dentrity tak v podstate slúžia ako semafory nášho nervového systému. Ak je akčný potenciál dostatočne významný, môže sa preniesť na ďalšie nervy, ktoré signál blokujú alebo ho prenášajú ďalej. Náš mozog takto v podstate využíva logické funkcie, ktoré dokáže vykonávať v dvoch formách.

Zobraziť celú galériu (6)

FonTech

Prvou formou je logická funkcia AND (ak je významný akčný potenciál X a zároveň aj Y, signál je prenášaný ďalej) a druhou formou je logická funkcia OR (ak je významný akčný potenciál X alebo Y, signál je prenášaný ďalej). Vedcom sa ale za pomoci pozorovania buniek nášho mozgu podarilo zistiť, že funkcie AND a OR nemusia byť jediné funkcie, ktoré náš mozog zvláda.

Tkanivo ľudského mozgu doteraz ukrývalo nevídaný signál

Ak by sme ľudský mozog rozobrali, asi najzložitejšia časť je jeho hustá zvrásnená vonkajšia oblasť centrálneho nervového systému, takzvaná mozgová kôra. Druhá a tretia vrstva sú podstatne hrubšie. pričom sa nachádzajú hlbšie pod mozgovou kôrou. Sú plné vetiev, ktoré vykonávajú vyššie funkcie ako sú zmysly, myšlienky a ovládanie tela.

Zobraziť celú galériu (6)

Pixabay

Vedci sa podrobne pozreli na tkanivá z týchto vrstiev a pripojili ich bunky k zariadeniu zvanému somatodendritická svorka. Následne vyslali aktívny potenciál smerom z hora aj zdola ku každému neurónu, pričom zaznamenali spomínané dendritické akčné potenciály. Aby sa uistili, že tieto signály nie sú jedinečné len pre ľudí trpiacich epilepsiu, vykonali experimenty aj na vzorkách odobratých z mozgových nádorov.

Zobraziť celú galériu (6)

Pixabay

Čo je však dôležitejšie, signál bol stále prítomný, aj keď vedci dodali bunkám blokátor zvaný tetrodotoxín. Signál neboli schopný detegovať len keď bunkám zablokovali prístup k vápniku. Objav akčného potenciálu sprostredkovaného vápnikom je veľmi zaujímavý, nakoľko modelovanie spôsobu, akým sa tento nový citlivý druh signálu v kortexe šíri, ukázalo zaujímavé prekvapenie.

Náš mozog je možno silnejšia výpočtová jednotka, ako sme sa nazdávali

Okrem logických funkcií AND a OR mohli totiž tieto jednotlivé neuróny za pomoci dendritických akčných potenciálov pôsobiť ako „exkluzívny“ OR, tiež označovaný ako XOR. Táto funkcia umožňuje signálu prejsť ďalej iba vtedy, keď je iný signál klasifikovaný určitým spôsobom. Vedci sa domnievajú, že logická operácia XOR vyžaduje sieťové riešenie.

Zobraziť celú galériu (6)

Pixabay

Pri uskutočnení ďalších meraní a hlbšieho výskumu by vedci mohli prísť na to, ako presne sa dCaAP signály v našom mozgu šíria a či sú tieto signály exkluzívne len pre ľudský mozog, alebo je ich možné pozorovať aj vo zvieracej ríši. Každopádne, náš mozog bol inšpiráciou pre vývoj nového hardvéru a v prípade, že mechanizmy dCaAP jedného dňa plne pochopíme, sme na ceste k vývoju ešte lepšieho, silnejšieho a výkonnejšieho výpočtového hardvéru.