Vědci po celá desetiletí věřili, že neurony jsou jedinými architekty myšlení a paměti mozku-ale nyní nový výzkum naznačuje, že jiný, často přehlížený typ mozkové buňky může hrát v paměti ústřední roli, než se dříve myslelo.
Studie, zveřejněná v květnu v časopise PNASnavrhuje, aby tyto další mozkové buňky, nazývané astrocyty, mohly být zodpovědné za působivou kapacitu ukládání paměti mozku prostřednictvím nově objevené architektury sítě.
Astrocyty jsou buňky ve tvaru hvězd, které provádějí mnoho údržbářských úkolů v mozku, včetně čištění buněčných zbytků, dodávající neurony živinami a regulaci průtoku krve. Také sportují tenké větvící struktury, známé jako procesy, které se obtěžují kolem bodů, kde si neurony vyměňují zprávy. Toto zabalení tvoří to, co se nazývá tripartitní synapse, druh třícestného handshake zahrnující dva spojené neurony a astrocyt.
„Dokážete si představit astrocyt jako chobotnici s miliony chapadla,“ řekl autor vedoucího Leo Kozachkovkterý byl studentem PhD na MIT v době, kdy byla studie provedena, a nyní je postdoktorandským členem IBM Research v Yorktown Heights v New Yorku. „Hlava chobotnice je buněčné tělo a chapadla jsou„ procesy “, které se obtěžují kolem nedalekých synapsí,“ řekl Kozachkov Live Science v e -mailu.
Astrocyty nepřenášejí elektrické impulsy jako neurony. Místo toho komunikují prostřednictvím signalizace vápníku a vysílají vlny nabitých částic vápníku uvnitř a mezi buňkami. Studie ukázaly, že astrocyty reagují na synaptickou aktivitu změnou jejich vnitřní hladiny vápníku. Tyto změny pak mohou vyvolat uvolňování chemických poslů z astrocytu do synapse.
„Tyto procesy fungují jako malé počítače vápníku, snímají, když jsou informace odesílány prostřednictvím synapse, předávání těchto informací do jiných procesů a poté obdrží zpětnou vazbu na oplátku,“ řekl Kozachkov. Nakonec se tento řetězový e -mail vrátí do neuronů, které jejich aktivitu zase upravují. Vědci však dosud plně nechápou, že přesné výpočetní funkce astrocyty fungují s informacemi, které dostávají od neuronů.
Související: Brain ukládá nejméně 3 kopie každé paměti
Abychom lépe porozuměli této funkci, Kozachkov a jeho kolegové se obrátili na architektury strojového učení, které jsou schopny reprezentovat složité interakce mezi mnoha herci, spíše než zachytit pouze jednoduché spojení mezi páry jednotek.
Tradiční sítě strojového učení, které propojují pouze páry neuronů, mohou kódovat omezené informace, řekl autor starší studie Dmitry KrotovZaměstnance výzkumu na MIT-IBM WATSON AI LAB a výzkum IBM. Protože se jediný astrocyt mohl připojit k tisícům synapsí, tým předpokládal, že astrocyty by mohly zprostředkovat komunikaci napříč všemi těmito spojeními. To by mohlo vysvětlit, jak mozek dosahuje jeho masivních skladovacích schopností, navrhli.
„Jedinečná anatomická struktura astrocytů poskytuje velmi přirozený a lákavý způsob, jak navrhnout tyto velké systémy ukládání informací v biologickém hardwaru,“ řekl Kozachkov Live Science v e -mailu.
Vědci rovněž předpokládali, že astrocyty ukládají vzpomínky prostřednictvím postupných změn v jejich vnitřních vzorcích vápníku a že tyto vzorce jsou poté přeloženy zpět do signálů, které se odesílají do neuronů ve formě chemických poslů. V tomto modelu každý proces astrocytů, spíše než celou buňku, funguje jako odlišná výpočetní jednotka, navrhl tým.
„Náš model nepotřebuje mnoho neuronů, aby ukládal mnoho vzpomínek,“ řekl Kozachkov. „To je významná výhoda z pohledu energetické účinnosti, protože neurony jsou metabolicky„ drahé “.“
Model nabízí „biologicky uzemněné vysvětlení“, jak by tyto systémy paměti mohly fungovat v mozku, řekl, řekl Maurio de PaintAsistent asistenta na Krembil Research Institute v Kanadě v Torontu, který se do práce nezúčastnil. Minulost Studie s mikroskopy s vysokým rozlišením podpořili tento pohled a ukazují, že procesy astrocytů jsou propleteny v mozku a navázaly kontakt s více synapsy.
De Pittà však v e -mailu řekl Live Science, že „modely jsou mocné nástroje, ale zůstávají aproximací skutečného světa“. Rovněž varoval, že současné technologie dosud nemohou plně zachytit dynamiku rozvíjející se v lidském mozku v reálném čase a že k ověření hypotézy by byla nutná úroveň detailů.
Přestože si vědci začínají uvědomovat, že astrocyty hrají roli v tom, jak vytváříme vzpomínky, řekl De Pittà, stále nemáme jasný důkaz, že specifické interakce mezi těmito buňkami a mozkem na bázi vápníku skutečně pomáhají vytvářet, ukládat nebo vzpomínat vzpomínky, jak navrhuje tým MIT. Pokud se však model týmu ukáže správný, důsledky by mohly nabídnout nový způsob, jak přemýšlet o ukládání mozku, což naznačuje, že paměťová kapacita by mohla škálovat s počtem interakcí astrocytů synapse přítomných v mozku.
Model také nabízí potenciální terapeutické cíle pro neurodegenerativní onemocnění, uvedli autoři studie.
„Je známo, že astrocyty jsou zapojeny do Alzheimerových a dalších poruch paměti: náš model poskytuje výpočetní pohled na to, co by se mohlo pokazilo,“ řekl Kozachkov. „Náš matematický model může potenciálně inspirovat hledání nových terapeutických cílů: Přesná modulace konektivity nebo signalizace procesu astrocytů by mohla obnovit nebo kompenzovat funkci ztracené paměti.“
Pro tuto práci by však bylo zapotřebí mnohem více výzkumu do klinické léčby.
Kromě neurovědy může model poukazovat na aplikace v Umělá inteligence. Model by mohl vědcům pomoci vytvořit hardwarové systémy podobné mozku, řekl De Pittà. Takové systémy by mohly používat husté architektury paměti, které jim umožňují ukládat obrovské množství informací a efektivně je vyvolat pomocí velmi malé energie, stejně jako naše mozky. To by mohlo být použity pro širokou škálu aplikací, jako je rozpoznávání hlasu; robotika a autonomní systémy; AIS asistenti; nebo Rozhraní mozkového stroje a „Neuroprostetika“.
