Dendritele ar putea ajuta neuronii să desfășoare calcule complicate

În creierul uman, neuronii efectuează calcule complexe pe baza informațiilor pe care le primesc. Cercetătorii de la MIT au demonstrat acum modul în care dendritele, extensii asemănătoare ramurilor care ies din neuroni, ajută la efectuarea acestor calcule.

Cercetătorii au descoperit că într-un singur neuron, diferite tipuri de dendrite primesc input de la părți distincte ale creierului și procesându-le în moduri diferite. Aceste diferențe pot ajuta neuronii să integreze o varietate de intrări și să genereze un răspuns adecvat.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

În neuronii pe care i-au examinat cercetătorii în acest studiu, se pare că această procesare dendritică ajută celulele să preia informațiile vizuale și să le combine cu feedbackul motor, într-un circuit care este implicat în navigare și în planificarea mișcării.

„Ipoteza noastră este că acești neuroni au capacitatea de a identifica caracteristici și repere specifice din mediul vizual și de a le combina cu informații despre viteza de alergare, destinația și momentul începerii”, spune Mark Harnett, profesor asociat de științe ale creierului și cognitive, membru al Institutului McGovern pentru Cercetare a Creierului de la MIT și autorul principal al studiului.

Mathieu Lafourcade este autorul principal al lucrării, care a apărut în revista Neuron.

Dendritele și calculele complexe

Fiecare neuron poate avea zeci de dendrite, care primesc input sinaptic de la alți neuroni. Oamenii de știință au emis ipoteza că aceste dendrite pot acționa ca niște compartimente care efectuează propriile calcule pe informațiile primite înainte de a trimite rezultatele către corpul neuronului, care integrează toate aceste semnale pentru a genera o ieșire.

Cercetările anterioare au arătat că dendritele pot amplifica semnalele de intrare folosind proteine specializate numite receptori NMDA. Aceștia sunt receptori de neurotransmițători sensibili la tensiune care sunt dependenți de activitatea altor receptori numiți AMPA.

Când o dendrită primește mai multe semnale de intrare prin receptorii AMPA în același timp, se atinge pragul de activare a receptorilor NMDA din apropiere, creând un influx suplimentar de curent.

Se crede că acest fenomen, cunoscut sub numele de supraliniaritate, îi ajută pe neuroni să facă distincția între intrările mai apropiate sau mai îndepărtate în timp sau spațiu, spune Harnett.

Cercetătorii au studiat neuronii piramidali

În noul studiu, cercetătorii MIT au vrut să determine dacă diferite tipuri de intrări sunt direcționate în mod specific către diferite tipuri de dendrite și, dacă da, cum ar afecta acest lucru calculele efectuate de acești neuroni.

Oamenii de știință s-au concentrat asupra unei populații de neuroni numite celule piramidale, principalii neuroni de ieșire ai cortexului, care au mai multe tipuri diferite de dendrite. Dendritele bazale se extind sub corpul neuronului, dendritele oblice apicale se extind dintr-un trunchi care merge în sus din corpul neuronului, iar dendritele smoc sunt situate în partea de sus a corpului.

Harnett și colegii săi au ales o parte a creierului numită cortex retrosplenial (RSC) pentru studiul lor, deoarece este un model bun pentru cortexul de asociere, tipul de cortex cerebral utilizat pentru funcții complexe precum planificarea, comunicarea și cunoașterea socială.

RSC integrează informații din multe părți ale creierului pentru a ghida navigația, iar neuronii piramidali joacă un rol cheie în această funcție.

Într-un studiu pe șoareci, cercetătorii au arătat mai întâi că trei tipuri diferite de input ajung în neuronii piramidali ai RSC: de la cortexul vizual în dendritele bazale, de la cortexul motor în dendritele oblice apicale și din nucleii laterali ai talamusului, o zonă de procesare vizuală, în dendritele smoc.

„Până acum nu a existat prea multă cartografiere a tipurilor de intrări care ajung la acele dendrite. Am descoperit că există niște reguli de cablare sofisticate aici, cu intrări diferite care merg la diferite dendrite”, spune Harnett.

Răspunsuri diferite

Cercetătorii au măsurat apoi activitatea electrică în fiecare dintre aceste compartimente. Ei se așteptau ca receptorii NMDA să prezinte o activitate supraliniară, deoarece acest comportament a fost demonstrat mai înainte în dendritele neuronilor piramidali atât în cortexul senzorial primar, cât și în hipocamp.

În dendritele bazale, cercetătorii au găsit exact ceea ce se așteptau: intrarea venită din cortexul vizual a provocat vârfuri electrice supraliniare, generate de receptorii NMDA.

Cu toate acestea, la doar 50 de microni distanță, în dendritele oblice apicale ale acelorași celule, cercetătorii nu au găsit semne de activitate supraliniară. În schimb, intrarea către acele dendrite conduce la un răspuns liniar constant. Aceste dendrite au, de asemenea, o densitate mult mai mică de receptori NMDA.

Dendritele diferite au roluri diferite

„A fost șocant, pentru că nimeni nu a mai văzut asta până acum. Asta înseamnă că dendritelor oblice apicale nu le pasă de modelul de intrare. Intrările pot fi separate în timp sau împreună în timp și nu contează. Ele sunt doar un integrator liniar care îi spune celulei cât de multe intrări primește, fără a face nici un calcul”, spune Harnett.

Aceste intrări liniare reprezintă probabil informații precum viteza de rulare sau destinația, spune Harnett, în timp ce informațiile vizuale care vin în dendritele bazale reprezintă repere sau alte caracteristici ale mediului.

Supraliniaritatea dendritelor bazale le permite acestora să efectueze tipuri mai sofisticate de calcul pe acea intrare vizuală, despre care cercetătorii presupun că permite RSC să se adapteze în mod flexibil la schimbările din mediul vizual, scrie Medical Xpress.

În dendritele smoc, care primesc input de la talamus, se pare că pot fi generate vârfuri NMDA, însă nu foarte ușor. Ca și dendritele oblice apicale, dendritele smoc au o densitate scăzută a receptorilor NMDA. Laboratorul lui Harnett studiază acum ce se întâmplă în toate aceste tipuri diferite de dendrite pe măsură ce șoarecii îndeplinesc sarcini de navigare.

Vă recomandăm să citiți și:

O pastilă ar putea înlocui exercițiile fizice. Ce au descoperit cercetătorii din Australia?

Contactul prelungit cu bacteria Antrax i-a ajutat pe europeni să devină mai rezistenți împotriva bolii

Glicerina este sigură și eficientă în tratarea psoriazisului. Are un singur efect secundar

Dușurile cu apă rece pot avea numeroase beneficii pentru sănătate. Iată ce spune știința