Các nhà khoa học đã phát hiện ra một hình thức truyền tin di động độc đáo xảy ra trong não người chưa từng thấy trước đây. Điều thú vị là phát hiện này gợi ý rằng bộ não của chúng ta có thể là đơn vị tính toán mạnh mẽ hơn những gì chúng ta nhận ra.

Đầu năm ngoái, các nhà nghiên cứu từ các viện ở Đức và Hy Lạp đã báo cáo một cơ chế trong các tế bào vỏ ngoài của não tự tạo ra tín hiệu ‘gradient’ mới, một cơ chế có thể trang bị cho các tế bào thần kinh riêng lẻ để thực hiện các chức năng logic của chúng.

Bằng cách đo hoạt động điện trong các phần mô bị loại bỏ trong quá trình phẫu thuật trên bệnh nhân động kinh và phân tích cấu trúc của chúng bằng kính hiển vi huỳnh quang, các nhà thần kinh học đã phát hiện ra rằng các tế bào riêng lẻ trong vỏ não không chỉ sử dụng các ion natri thông thường để “bắn” mà còn cả canxi.

Sự kết hợp của các ion tích điện dương này đã giải phóng các sóng điện áp chưa từng thấy trước đây, được gọi là điện thế hoạt động đuôi gai qua trung gian canxi, hoặc dCaAP.

Bộ não – đặc biệt là bộ não của loài người – thường được so sánh với máy tính. Sự tương tự này có những hạn chế của nó, nhưng ở một số cấp độ, chúng thực hiện các nhiệm vụ theo những cách tương tự.

Cả hai đều sử dụng sức mạnh của tiềm năng điện để thực hiện các hoạt động khác nhau. Trong máy tính, đây là dạng một dòng electron khá đơn giản qua các điểm nối gọi là bóng bán dẫn.

Trong tế bào thần kinh, tín hiệu ở dạng sóng đóng mở các kênh trao đổi các hạt mang điện như natri, clorua và kali. Xung này của các ion chảy được gọi là Tiềm năng làm việc.

Thay vì các bóng bán dẫn, các tế bào thần kinh thực hiện các thông điệp này về mặt hóa học ở phần cuối của các nhánh được gọi là đuôi gai.

Dendrite là yếu tố cơ bản để hiểu não bộ vì chúng là cốt lõi của yếu tố quyết định sức mạnh tính toán của các tế bào thần kinh đơn lẻ. Matthew Larcom nói với Walter Beckwith tại Hiệp hội vì sự tiến bộ của khoa học Hoa Kỳ vào tháng 1 năm 2020.

Dendrites là tín hiệu giao thông của hệ thống thần kinh của chúng ta. Nếu điện thế hoạt động đủ lớn, nó có thể được truyền đến các dây thần kinh khác, có thể chặn hoặc truyền thông điệp.

Đây là những lý do cho bộ não của chúng ta – các gợn sóng điện áp có thể được truyền đạt chung dưới hai hình thức: hoặc Và tin nhắn (nếu x Và y được bật, thông báo được chuyển); hoặc một hoặc là tin nhắn (nếu x hoặc là y được kích hoạt, thông báo được chuyển).

Không nơi nào có thể nói nó phức tạp hơn phần ngoài dày đặc, nhăn nheo của hệ thần kinh trung ương của con người; vỏ não. Lớp sâu thứ hai và thứ ba đặc biệt dày, chứa nhiều nhánh thực hiện các chức năng cấp cao mà chúng ta liên kết với cảm giác, suy nghĩ và điều khiển vận động.

Các nhà nghiên cứu đã xem xét kỹ hơn các mô của các lớp này, gắn các tế bào vào một thiết bị gọi là khớp thần kinh soma để gửi các điện thế năng lượng lên và xuống từng tế bào thần kinh, ghi lại các tín hiệu của chúng.

“Có một khoảnh khắc ‘eureka’ khi chúng tôi lần đầu tiên nhìn thấy tiềm năng của hành động đuôi gai,” Larcom nói.

Để đảm bảo rằng bất kỳ phát hiện nào không phải là duy nhất đối với những người mắc chứng động kinh, họ đã xem xét phát hiện của mình trong một vài mẫu từ các khối u não.

Trong khi nhóm thực hiện các thí nghiệm tương tự trên chuột, các loại tín hiệu mà họ quan sát được khi di chuyển qua các tế bào của con người rất khác nhau.

Điều quan trọng là khi họ định lượng tế bào bằng một chất chẹn kênh natri gọi là tetrodotoxin, họ vẫn tìm thấy một tín hiệu. Chỉ cần chặn canxi là mọi người bình tĩnh trở lại.

Tìm kiếm một tiềm năng hoạt động qua trung gian của canxi là đủ thú vị. Nhưng mô hình hóa cách thức hoạt động của loại tín hiệu mới nhạy cảm này trong vỏ não đã cho thấy một điều bất ngờ.

Ngoài logic Và Và hoặc làTheo loại chức năng, các tế bào thần kinh riêng lẻ này có thể hoạt động ‘độc quyền’ hoặc là (XOR) Giao lộ, chỉ cho phép một tín hiệu khi một tín hiệu khác được phân loại theo một cách nhất định.

“Theo truyền thống, XOR Quá trình này được cho là yêu cầu giải pháp mạng, ” Các nhà nghiên cứu đã viết كتب.

Cần phải làm nhiều việc hơn để tìm ra cách các dCaAP hoạt động trên toàn bộ tế bào thần kinh và trong một hệ thống sống. Chưa kể đó có phải là con người hay những cơ chế tương tự đã phát triển ở những nơi khác trong vương quốc động vật.

Công nghệ cũng hướng đến hệ thống thần kinh của chúng ta để lấy cảm hứng về cách phát triển các thiết bị tốt hơn; Biết rằng các tế bào riêng lẻ của chúng ta có một vài thủ thuật khác có thể dẫn đến những cách mới để nối mạng bóng bán dẫn.

Làm thế nào công cụ logic mới này chuyển trong một tế bào thần kinh đơn lẻ sang các chức năng cao hơn là một câu hỏi cho các nhà nghiên cứu trong tương lai cần trả lời.

Nghiên cứu này đã được xuất bản trong Khoa học.

Một phiên bản của bài báo này ban đầu được xuất bản vào tháng 1 năm 2020.