मानव मस्तिष्क के गुणों का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिकों ने लंबे समय से जाना है कि यह एक शक्तिशाली कंप्यूटर की तरह काम करता है और उदाहरण के लिए, इंटरनेट पर सभी जानकारी को समायोजित करने में सक्षम है।

हालांकि, अब तक हमारे मस्तिष्क की "कम्प्यूटेशनल क्षमताओं" का निर्धारण करने वाले सभी कारक नहीं खोजे गए हैं।

मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने इस क्षेत्र में एक और खोज साझा की। वे अल्ट्रा-हाई लेवल पर न्यूरॉन्स की विद्युत गतिविधि को रिकॉर्ड करने वाले पहले व्यक्ति थे।

यह स्पष्ट करना महत्वपूर्ण है कि हमारे मस्तिष्क में 85-86 बिलियन न्यूरॉन्स होते हैं, और प्रत्येक कार्य एक उत्तेजक तत्व के रूप में होता है। यह अपने शरीर (सोमा) में आने वाले विद्युत संकेतों को जमा करता है और, जब वोल्टेज एक निश्चित सीमा तक पहुंचता है, तो एक छोटी विद्युत आवेग उत्पन्न करता है जो ब्रोन्कड प्रक्रियाओं - डेंड्राइट्स को भेजा जाता है। ध्यान दें कि यह यह संचयी दृष्टिकोण है जो लाखों और अरबों व्यक्तिगत कोशिकाओं को एक "सामान्य नियंत्रण केंद्र" के बिना पूरे काम करने की अनुमति देता है।

प्रत्येक न्यूरॉन के डेंड्राइट के सिरों पर, झिल्ली के बहिर्वाह होते हैं - रीढ़। एक न्यूरॉन की रीढ़ दूसरे की रीढ़ से जुड़ती है, जिससे संपर्क का स्थान बनता है - एक सिंकैप। उनके माध्यम से, एक तंत्रिका आवेग का संचरण किया जाता है।

नए काम के लेखकों ने मानव डेन्ड्राइट और मॉडल जानवरों - चूहों की "क्षमताओं" की तुलना करने का फैसला किया। उन्होंने सुझाव दिया कि यह इन तंत्रिका प्रक्रियाओं के कामकाज में अंतर है जो मस्तिष्क की प्रसंस्करण शक्ति के लिए जिम्मेदार हैं और अन्य सभी प्रजातियों पर मनुष्यों की बौद्धिक श्रेष्ठता की व्याख्या कर सकते हैं।

विशेषज्ञ बताते हैं कि प्रत्येक न्यूरॉन में 50 डेन्ड्राइट तक हो सकते हैं, और वे चूहों और अन्य जानवरों की तुलना में मनुष्यों में बहुत अधिक लंबे होते हैं। इसलिए, हमारा सेरेब्रल कॉर्टेक्स बहुत मोटा है: यह मस्तिष्क की कुल मात्रा का लगभग 75% (तुलना में: चूहों में - लगभग 30%) बनाता है।

लेकिन इन मतभेदों के बावजूद, इस क्षेत्र का संरचनात्मक संगठन कृन्तकों और मनुष्यों में समान है: मस्तिष्क प्रांतस्था में न्यूरॉन्स की छह अलग-अलग परतें होती हैं। इस मामले में, पांचवीं परत से न्यूरॉन्स पहली परत से न्यूरॉन्स के लिए एक संकेत संचारित करने में सक्षम हैं।

लेकिन, चूंकि मनुष्यों के पास जानवरों की तुलना में अधिक मोटा है, इसलिए यह पता चला है कि विकास के दौरान, न्यूरॉन्स को अन्य परतों तक पहुंचने के लिए अपने डेंड्राइट को लंबा करना पड़ा था। और संकेत खुद ऐसे रास्तों से यात्रा करते हैं।

"यह सिर्फ इसलिए नहीं है कि लोग स्मार्ट हैं क्योंकि हमारे पास अधिक न्यूरॉन्स और एक बड़ा प्रांतस्था है। [हमारे] न्यूरॉन्स अलग तरह से कार्य करते हैं," टीम के नेता मार्क हार्नेट कहते हैं।

मानव डेंड्राइट्स के कामकाज का अधिक विस्तार से अध्ययन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने मिर्गी के रोगियों के मस्तिष्क के ऊतकों के वर्गों का उपयोग किया। संचालन के दौरान, स्वयंसेवकों ने मस्तिष्क के वांछित क्षेत्र तक पहुंच प्राप्त करने के लिए पूर्वकाल टेम्पोरल लोब के छोटे (एक मानव नाखून से) क्षेत्रों को हटा दिया।

यह ध्यान दिया जाता है कि पूर्वकाल टेम्पोरल लोब कई कार्यों के लिए जिम्मेदार है, जिसमें भाषाई और दृश्य सूचना प्रसंस्करण शामिल है, लेकिन इसके एक छोटे हिस्से को हटाने से मस्तिष्क का प्रदर्शन ख़राब नहीं होता है। और न्यूरोसाइंटिस्ट के लिए, ऐसे "जीवित" ऊतक अध्ययन के लिए अद्वितीय नमूने हैं।

एक बार जब टीम को अनुभाग प्राप्त हो गए, तो उन्हें तुरंत उन समाधानों में रखा गया, जो मस्तिष्कमेरु द्रव की नकल करते थे। इसने ऊतक को 48 घंटे तक व्यवहार्य रहने दिया।

तब वैज्ञानिकों ने स्थानीय संभावित क्लैम्पिंग नामक एक इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल तकनीक का इस्तेमाल किया, जो उन्हें आयन चैनलों के गुणों का अध्ययन करने की अनुमति देता है। बाद वाले डेंड्राइट्स के बाहरी झिल्ली में प्रचुर मात्रा में हैं, और वे वास्तव में "चैनल" के थ्रूपुट के लिए जिम्मेदार हैं।

पहले, इसी तरह के प्रयोगों को कृन्तकों के मस्तिष्क के ऊतकों के साथ किया गया था, लेकिन टीम ने पहली बार मानव डेंड्राइट्स के विद्युत गुणों का अध्ययन किया।

नतीजतन, विशेषज्ञों ने पाया कि, चूंकि मनुष्यों के डेंड्राइट चूहों की तुलना में लंबे होते हैं, इसलिए पहली परत से एक न्यूरॉन से पांचवें परत के न्यूरॉन तक आने वाला संकेत कृन्तकों में अनुरूप संकेत की तुलना में बहुत कमजोर है।

यह भी पाया गया कि मानव और चूहे के डेंड्राइट में आयन चैनलों की संख्या समान है, लेकिन हमारे डेंड्राइट्स में डेंड्राइट्स की सामान्य बढ़ोत्तरी के कारण उनका घनत्व कम है।

ऐसा लग सकता है कि ऐसा अंतर मस्तिष्क के प्रदर्शन को कम करता है, लेकिन वास्तव में ऐसा नहीं है। इसके विपरीत, सिग्नल को सही जगह पर भेजने के लिए, प्रत्येक डेंड्राइट के हजारों synapses को "सामूहिक रूप से" इनपुट पैटर्न को परिभाषित करना चाहिए।

नए आंकड़ों के आधार पर, उनके सहयोगियों ने एक विस्तृत बायोफिज़िकल मॉडल विकसित किया है जो दर्शाता है कि आयन चैनलों के घनत्व में परिवर्तन मानव और चूहे के डेंड्राइट्स की विद्युत गतिविधि में कुछ अंतरों को समझा सकता है।

हार्नेट की परिकल्पना के अनुसार, पहचाने गए मतभेदों के कारण, अधिक डेंड्राइट भागों आने वाले सिग्नल की ताकत को प्रभावित कर सकते हैं, जो हमारे मस्तिष्क में अधिक जटिल कार्यों को करने और कम्प्यूटेशनल शक्ति बढ़ाने की अनुमति देता है। ब्रेन सेल्स खुद मिनी-कंप्यूटर बन जाते हैं।

"मानव न्यूरॉन्स में अधिक 'विद्युत स्वतंत्रता' है, जो संभावित रूप से एकल न्यूरॉन्स की कंप्यूटिंग शक्ति में वृद्धि की ओर जाता है," वैज्ञानिक का मानना \u200b\u200bहै।

हालांकि, मानव और जानवरों के दिमाग के कामकाज में कई अन्य अंतर हैं, इसलिए, यह संभव है कि डेन्ड्राइट्स और संबंधित परिवर्तन बढ़े हुए लाभ में से केवल एक हैं जो विकास के दौरान सैपियंस को प्राप्त हुए हैं।

भविष्य में, न्यूरोसाइंटिस्ट मानव मस्तिष्क की विद्युत गतिविधि को और अधिक विस्तार से अध्ययन करने और हमारी मानसिक क्षमताओं के लिए जिम्मेदार अन्य विशेषताओं का पता लगाने का इरादा रखते हैं।

एमआईटी में न्यूरोसाइंटिस्ट्स के सहकर्मियों ने खोज को "एक उल्लेखनीय उपलब्धि" कहा।

"ये अब तक के मानव न्यूरॉन्स के शारीरिक गुणों का सबसे विस्तृत विस्तृत माप हैं। ये प्रयोग चूहों और चूहों के [ऊतक के नमूनों] के साथ काम करते समय भी बहुत कठिन हैं, इसलिए तकनीकी दृष्टिकोण से यह काफी आश्चर्यजनक है कि वे मानव ऊतक के साथ ऐसा करने में सक्षम थे," - हॉवर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट के नेल्सन स्प्रिस्टन ने कहा।

इससे पहले, हम याद करते हैं, परियोजना के लेखक "वेस्टी। विज्ञान ”(nauka.vesti.ru) ने बताया कि बुद्धिजीवियों का मस्तिष्क न्यूरॉन्स के बीच कम संबंध बनाता है। वैज्ञानिकों ने मानव मस्तिष्क में एक नई प्रकार की कोशिकाओं को भी पाया और यह सीखा कि मस्तिष्क मल्टीटास्क को कैसे प्रबंधित करता है।

अल्पकालिक मेमोरी के लिए दीर्घकालिक बनने के लिए, मस्तिष्क में नए इंटर्नलोनल कॉन्टेक्ट्स बनने चाहिए, और इस तरह के कॉन्टैक्ट्स का निर्माण तंत्रिका कोशिकाओं की नींद की गतिविधि के दौरान सबसे अच्छा होता है।

दीर्घकालिक स्मृति में अल्पकालिक स्मृति के परिवर्तन को मेमोरी समेकन कहा जाता है, और न्यूरोसाइंटिस्ट पूरी मेहनत से यह पता लगाने की कोशिश कर रहे हैं कि यह कैसे और क्यों होता है। काफी समय पहले हम यह पता लगाने में कामयाब रहे कि नींद के दौरान मेमोरी कंसॉलिडेशन बहुत अच्छा हो जाता है। यही है, परीक्षा से पहले पढ़ी गई पाठ्यपुस्तक को याद रखने के लिए, आपको सोने की ज़रूरत है, फिर जानकारी, जैसा कि वे कहते हैं, सिर में बसता है, अर्थात यह दीर्घकालिक भंडारण में जाता है। नींद और स्मृति के बीच एक कड़ी के लिए बहुत सारे सबूत हैं। उदाहरण के लिए, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, रिवरसाइड के शोधकर्ताओं ने पाया है कि नींद की गोलियां न केवल नींद को सामान्य करती हैं, बल्कि स्मृति में भी सुधार करती हैं। और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स में उनके सहयोगियों ने मस्तिष्क में सूचना प्रक्रियाओं का वर्णन करने में सक्षम थे जो नींद के दौरान स्मृति के समेकन से जुड़े हैं।

तंत्रिका प्रक्रियाओं की सतह पर डेंड्राइटिक स्पाइन (रंगीन हरा)। (फोटो skdevitt / Flickr.com द्वारा)

एक न्यूरॉन पर डेंड्राइटिक स्पाइन (नीला डॉट्स)। (फोटो बाय द जर्नल ऑफ़ सेल बायोलॉजी / फ़्लिकर डॉट कॉम।)

यह आश्चर्य की बात नहीं है कि नींद में ऐसी महत्वपूर्ण प्रक्रिया होती है, क्योंकि हर कोई लंबे समय से जानता है कि नींद मस्तिष्क गतिविधि का सिर्फ एक और रूप है। यह माना जाता है कि विशिष्ट तंत्रिका आवेग, "नींद" मस्तिष्क की तरंगें, इस तथ्य से भी जुड़ी हैं कि हमारा तंत्रिका तंत्र दिन के दौरान प्राप्त जानकारी को छांटने में लगा हुआ है जब तक कि बाहरी संकेत हस्तक्षेप नहीं करते हैं। लेकिन लंबे समय तक, जीवविज्ञानी यह पता लगाने में असमर्थ थे कि न्यूरॉन्स कैसे व्यवहार करते हैं, यहां सेलुलर और आणविक तंत्र क्या शामिल हैं।

मेमोरी कंसॉलिडेशन के दौरान न्यूरॉन्स का क्या होता है, यह जानने के लिए वेन-बिआओ गण ( वेन-बिआओ गण) और न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय के उनके सहयोगियों ने एक आनुवंशिक रूप से संशोधित माउस बनाया जिसमें मोटर कॉर्टेक्स के न्यूरॉन्स में एक फ्लोरोसेंट प्रोटीन को संश्लेषित किया गया था। इसकी मदद से, तंत्रिका कोशिकाओं में परिवर्तन का निरीक्षण करना संभव था, उदाहरण के लिए, जहां और जब डेंड्राइट स्पाइन होता है, तो तंत्रिका कोशिकाओं के डेंड्राइटिक प्रक्रियाओं पर विशेष प्रकोप बनते हैं। एक रीढ़ की उपस्थिति इंगित करती है कि इस जगह में न्यूरॉन दूसरे न्यूरॉन के साथ संपर्क बनाने के लिए तैयार है, दूसरे शब्दों में, रीढ़ सिंक से पहले होती है। सिनैप्स के लिए धन्यवाद, तंत्रिका सर्किट बनते हैं जो जानकारी को याद रखने की आवश्यकता होती है। जब हम, उदाहरण के लिए, साइकिल चलाना सीखते हैं, तो हमारे मस्तिष्क में नए तंत्रिका सर्किट बनते हैं, जो मांसपेशियों के प्रयासों को नए तरीके से समन्वित करने की आवश्यकता के जवाब में उत्पन्न हुए हैं। फिर, जब हम बाइक पर फिर से आते हैं, तो ये तंत्रिका सर्किट फिर से चालू हो जाते हैं - जब तक, निश्चित रूप से, वे किसी कारण से विघटित नहीं हुए हैं, अगर न्यूरॉन्स के बीच के synapses गायब नहीं हुए हैं। वृक्ष के समान रीढ़ पर लौटते हुए, हम कह सकते हैं कि वे नई जानकारी के लिए न्यूरॉन की प्रतिक्रिया और इसे याद करने की तत्परता का संकेत देते हैं।

वास्तव में, प्रयोग में, चूहों को भी साइकिल की तरह कुछ व्यवस्थित किया गया था: जानवरों को एक घूर्णन छड़ी पर संतुलन बनाए रखना था, जो तेजी से और तेजी से घूमता था। समय के साथ, चूहों को याद था कि क्या करना है और इसे बंद नहीं करना है। उसी समय, मोटर डेंटेक्स के न्यूरॉन्स में एक ही वृक्ष के समान प्रकोप दिखाई दिए - कोशिकाओं ने समझा कि एक नया उद्दीपन शरीर के लिए महत्वपूर्ण था और नए सर्किट बनाने की तैयारी कर रहा था। फिर शोधकर्ताओं ने प्रयोग की शर्तों को बदल दिया: चूहों को एक घंटे तक घूमने वाली छड़ी पर प्रशिक्षित किया गया, लेकिन फिर कुछ जानवरों को सात घंटे के लिए सोने के लिए भेजा गया, जबकि अन्य को उसी समय जागना पड़ा। यह पता चला कि उन चूहों में जो सोने की अनुमति दी गई थी, डेंड्राइट स्पाइन अधिक सक्रिय रूप से बढ़े थे। दूसरे शब्दों में, नींद ने तंत्रिका कोशिकाओं को नई जानकारी याद रखने में मदद की।

इसके अलावा, डेंड्रिटिक प्रकोपों \u200b\u200bकी उपस्थिति की प्रकृति इस बात पर निर्भर करती थी कि किस तरह का व्यायाम करना है। उदाहरण के लिए, यदि माउस को एक दिशा में घूमने वाली छड़ी के साथ चलना पड़ता था, तो कुछ डेंड्राइट पर स्पाइन दिखाई देते थे, और यदि दूसरी दिशा में जाना आवश्यक था, तो स्पाइन अन्य डेन्ड्राइट पर दिखाई देते थे। यही है, तंत्रिका प्रक्रियाओं के सेलुलर आकृति विज्ञान पर निर्भर करता है कि किस तरह की जानकारी को संसाधित करने की आवश्यकता है।

अंत में, न्यूरोसाइंटिस्ट यह दिखाने में सक्षम थे कि मोटर कॉर्टेक्स में कोशिकाएं, जिस पर व्यायाम निर्भर था, नींद की धीमी-लहर चरण के दौरान सक्रिय हो गई थी। नींद के दौरान इस तरह की सक्रियता कुख्यात रीढ़ के गठन के लिए महत्वपूर्ण थी: यदि कोशिकाओं की "नींद" गतिविधि को दबा दिया गया था, तो रीढ़ नहीं बनती थी। यह ऐसा था मानो मस्तिष्क अपने लिए फिर से स्क्रॉल कर रहा था, जागते समय उसे क्या करना चाहिए था - याद करने के लिए स्क्रॉल करना।

नतीजतन, हमें निम्नलिखित योजना मिली: जागरण के दौरान न्यूरॉन्स किसी तरह की उत्तेजना प्राप्त करते हैं या कुछ प्रक्रिया करते हैं, फिर नींद के दौरान ये कोशिकाएं फिर से सक्रिय हो जाती हैं, और यह पुनर्सक्रियन सेलुलर पुनर्व्यवस्था को उत्तेजित करता है जो उत्तेजना के लंबे समय तक याद रखने में योगदान देता है। कि वास्तव में ऐसा ही होता है, न्यूरोसाइंटिस्ट्स ने लंबे समय तक ग्रहण किया है, लेकिन अब केवल प्रयोगात्मक पुष्टि प्राप्त करना संभव है, और कुछ ड्रोसोफिला पर नहीं, बल्कि स्तनधारियों के मस्तिष्क पर। हालांकि, निश्चित रूप से, अब वैज्ञानिकों को यह पता लगाने की आवश्यकता है कि यहां आणविक प्रक्रियाएं क्या शामिल हैं, क्या जीन और प्रोटीन नींद के दौरान डेंड्राइट स्पाइन में वृद्धि को नियंत्रित करते हैं, यहां सिग्नलिंग रास्ते क्या काम करते हैं, आदि।

वैसे, फल मक्खियों के बारे में: कुछ साल पहले, सेंट लुइस में वाशिंगटन विश्वविद्यालय और मैडिसन में विस्कॉन्सिन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने फलों की मक्खियों के साथ इसी तरह के प्रयोग किए, और फिर परिणामों ने एक ही बात कही - कि स्मृति के समेकन के लिए नींद आवश्यक है। हालांकि, एक ही समय में, न्यूरोसाइंटिस्ट्स ने सिनैप्स से ड्रोसोफिला के मस्तिष्क की सफाई का निरीक्षण किया, अर्थात्, न्यूरल सर्किट के संपादन की तरह कुछ हुआ, अनावश्यक कनेक्शनों से न्यूरॉन्स की सफाई करना जो आवश्यक संपर्कों से संसाधन ले लेंगे। सबसे अधिक संभावना है, अनावश्यक synapses के इस तरह के उन्मूलन केवल कीड़े (या आर्थ्रोपोड्स, या अकशेरुकी) के लिए निहित एक विशिष्ट प्रक्रिया नहीं है, और "नींद" स्मृति निर्धारण के क्षण में उच्च जानवरों के मस्तिष्क में, नए synapses के गठन के साथ, पुराने भी टूट जाते हैं - यह केवल यह देखने के लिए बनी हुई है। प्रयोग में।

कई तंत्रिका कोशिकाएं झाड़ियों या पेड़ों की तरह होती हैं: उनकी उत्पादन प्रक्रिया, अक्षतंतु, इस पेड़ की एक पतली जड़ है, अन्य सभी कई प्रक्रियाएं डेंड्राइट हैं। डेंड्राइट्स आमतौर पर सेल बॉडी से मोटी चड्डी के रूप में विस्तारित होते हैं, जो तब कई पतली शाखाओं में विभाजित होते हैं, जो बदले में, यहां तक \u200b\u200bकि पतले वाले, आदि में होते हैं। डेंड्राइट्स की लंबाई तंत्रिका कोशिकाओं के व्यास से दस गुना अधिक है, और टर्मिनल की मोटाई है। टहनियाँ बहुत छोटी हैं - एक माइक्रोमीटर के अंश हो सकते हैं। तंत्रिका कोशिकाओं के कामकाज में डेंड्राइट्स की क्या भूमिका है, इस सवाल का समाधान अभी तक नहीं किया गया है और, सबसे अधिक संभावना है, विभिन्न न्यूरॉन्स के लिए उनकी भूमिका अलग है। विशेष रूप से, कुछ कोशिकाओं में, डेंड्राइट झिल्ली गैर-उत्तेजक है और एक निष्क्रिय केबल की तरह, केवल इलेक्ट्रोनिक रूप से संकेतों को संचारित कर सकती है, जबकि अन्य में, डेंड्राइट एपी का संचालन करने में सक्षम हैं। अभी के लिए, हम केवल डेन्ड्राइट के उन गुणों पर विचार करेंगे जो उनकी ज्यामिति से जुड़े हैं।

आइए पहले उन कोशिकाओं पर विचार करें, जिनमें डेंड्राइट एक्साइट नहीं हैं। इस मामले में, "डेन्ड्राइट समस्या" इस प्रकार है। वृक्ष के वृक्ष के विभिन्न भागों पर सिनैप्टिक अंत पाए जाते हैं। सेल बॉडी से सबसे दूर स्थित शाखा पर एक सिंकैप एक्टिंग करें। इस मामले में, एक विद्युत संकेत के संचरण के लिए स्थितियां बहुत प्रतिकूल हैं। दरअसल, एक पतली शाखा में, भिगोना स्थिरांक बड़ा होता है, और इसके अंत में शाखा "गिरता है" डेंड्राइट के एक व्यापक खंड में, जो इसे "शॉर्ट-सर्किट" करता है। ऐसे शॉर्ट केबल में, संभावित रूप से दृढ़ता से गिरावट होती है , हालाँकि, डेंड्राइट्स के मामले में, "शॉर्ट-सर्कुलेटिंग" अधूरा है और शाखा के अंत में मौजूद क्षमता शून्य तक नहीं जाती है। डेन्ड्राइट के अगले खंड में, सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए स्थितियां भी प्रतिकूल हैं, क्योंकि इसके अंत में एक मोटा डेंड्राइटिक ट्रंक है, और इसी तरह। ”इस संबंध में, यह विचार उत्पन्न हुआ कि सुदूर शाखाओं में स्थित synapses परिवर्तन में बहुत छोटा योगदान देते हैं। सेल बॉडी की क्षमता, सेल बॉडी पर समान सिंकैप्स से सैकड़ों गुना कम है। यह पता चला है कि टर्मिनल डेंड्रिटिक शाखाओं पर सिनैप्स बेकार हैं, यह "प्रकृति की गलती" है।

"डेन्ड्राइट्स की समस्या" को हल करने के लिए विकल्पों में से एक यह है कि कई सिनाप्सेस को पतली टर्मिनल शाखाओं पर रखा जा सकता है, फिर इन सिनाप्स की संयुक्त कार्रवाई सेल बॉडी में ध्यान देने योग्य होगी। लेकिन इसके लिए यह आवश्यक है कि ये सभी सिनैप्स एक साथ कम या ज्यादा काम करें।

उपरोक्त सभी विचार लंबे समय तक गुणात्मक प्रकृति के थे। 1965 में, यूएसएसआर के विज्ञान अकादमी के जैव भौतिकी संस्थान के सैद्धांतिक विभाग में, किसी भी आकार के तंत्रिका कोशिकाओं के लिए synapses की प्रभावशीलता का आकलन करने के लिए एक विधि विकसित की गई थी, और इस दक्षता की गणना मोटर न्यूरॉन्स, प्रांतस्था और अनुमस्तिष्क कोशिकाओं की पिरामिड कोशिकाओं के लिए की गई थी। यह पता चला कि डेन्ड्रिटिक सिनैप्स की दक्षता न्यूरॉन के शरीर पर स्थित सिनेप्स की तुलना में केवल 3-5 गुना कम है। इसे कैसे समझाया जा सकता है? दूरस्थ डेंड्रिटिक सिनैप्स की दक्षता काफी अधिक क्यों है? सेल जितना छोटा होता है, उसका इनपुट प्रतिबाधा जितना अधिक होता है, उतनी ही अधिक संभावित शिफ्ट एक सिंक हो जाती है। सेल बॉडी से रिमोट की पतली डेंड्राइटिक शाखाओं में, इनपुट प्रतिरोध अधिक हो गया है, इसलिए सिनेप्स इन शाखाओं में न्यूरॉन्स के शरीर की तुलना में दसियों गुना बड़ी मात्रा में संभावित बदलाव पैदा कर सकते हैं। और यद्यपि यह संभावित बदलाव वास्तव में शरीर के प्रसार के दौरान दृढ़ता से देखा जाता है, इसका बड़ा मूल्य काफी हद तक क्षीणन के लिए क्षतिपूर्ति करता है। इस प्रकार, डेंड्रिटिक सिनैप्स प्रकृति की गलती नहीं थी।

अब हम उन न्यूरॉन्स पर विचार करते हैं जिनके डेंड्राइट्स में एपी उत्पन्न करने में सक्षम एक झिल्लीदार झिल्ली होती है, ऐसे न्यूरॉन्स में, एक पतली शाखा पर एक सिंक की उच्च दक्षता इस तथ्य को जन्म दे सकती है कि केवल कुछ सिनेप्स झिल्ली क्षमता को दहलीज में लाएंगे और इस शाखा में एपी का कारण बनेंगे, जो फैलाना शुरू कर देगा। सेल शरीर के लिए।

इसका आगे का भाग्य ब्रांन्चिंग नोड्स के गुणों पर निर्भर करता है जिसके माध्यम से इसे सेल बॉडी के रास्ते पर गुजरना चाहिए, अर्थात, डेंड्राइट की ज्यामिति पर। इस प्रकार की कोशिका एक जटिल तर्क सर्किट की तरह काम करती है। ऐसी कोशिका का एक उदाहरण चित्र 45 में दिखाया गया था; यह सेल अप्रत्यक्ष उत्तेजना आंदोलनों का पता लगाता है। अधिक जटिल डेन्ड्रिटिक आकृतियों वाले सेल परिष्कृत कंप्यूटर के रूप में कार्य कर सकते हैं। "इस तरह की प्रणाली बड़ी संख्या में प्रतिभागियों के साथ एक मतदान प्रणाली के समान होती है, जिनके पास असमान संख्या में वोट होते हैं ... अंतिम परिणाम, निश्चित रूप से," के लिए "या" के खिलाफ "वोट की कुल संख्या पर निर्भर करता है, लेकिन यह भी निर्भर करता है 1966 में यूएसएसआर एकेडमी ऑफ साइंसेज के इंस्टीट्यूट ऑफ बायोफिज़िक्स के सैद्धांतिक विभाग के कर्मचारियों को किसने और किसके साथ वोट किया, इस बारे में लिखा।

कई न्यूरॉन्स के डेंड्राइट्स पर विशेष संरचनाएं होती हैं, तथाकथित स्पाइन। ये मशरूम के समान संरचनाएं हैं और एक पतली तने पर सिर से मिलकर बनी होती हैं, जिसे अधिक बार रीढ़ की हड्डी कहा जाता है। एक रीढ़ कोशिका झिल्ली का एक फलाव है, और एक अन्य न्यूरॉन से एक टर्मिनल उसके सिर के पास जाता है और उस पर एक रासायनिक श्लेष्म बनाता है।

क्यों रीढ़ की जरूरत है अज्ञात है। उनके कार्यों के बारे में परिकल्पनाओं की संख्या बहुत अधिक है। आइए देखें कि ज्यामितीय विचारों के आधार पर रीढ़ के संभावित कार्यों के बारे में क्या कहा जा सकता है। इस मामले में, हम दो प्रकारों पर विचार करेंगे: रीढ़ की हड्डी की झिल्ली गैर-उत्तेजक है; रीढ़ की हड्डी की झिल्ली एपी पैदा करने में सक्षम है।

स्पाइक को अस्पष्टीकृत होने दें। इसकी पतली गर्दन में उच्च प्रतिरोध है। नतीजतन, सिर में एक बड़ी पोस्टसिनेप्टिक क्षमता पैदा होगी, लेकिन इसका एक ध्यान देने योग्य हिस्सा गर्दन में खो जाएगा। रीढ़ एक पतली डेंड्राइटिक टहनी की तरह काम करेगी। लेकिन आपको इस तरह के डिवाइस की आवश्यकता क्यों है? क्यों नहीं सिंटैप्स को डेन्ड्राइट पर सही स्थित होना चाहिए?

निरोधात्मक सिनाप्स काम करने के तरीकों में से एक न्यूरॉन के इनपुट प्रतिबाधा को कम करना है। लेकिन उत्तेजक सिनैप्स आयन चैनल भी खोलते हैं और इनपुट प्रतिबाधा को कम करते हैं! इस वजह से, excitatory synapses भी एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करते हैं। यह हस्तक्षेप विशेष रूप से पतले डेंड्राइट पर मजबूत होता है, जिसमें बहुत अधिक इनपुट प्रतिबाधा होती है, जिससे कि कई सिनेप्स की सक्रियता पर ध्यान देने योग्य कमी होगी। स्पाइन को पड़ोसी सिंकैप्स के पारस्परिक प्रभाव को काफी कम करना चाहिए, जो इस मामले में उच्च प्रतिरोध गर्दन द्वारा एक दूसरे से अलग होते हैं। गणनाओं ने पुष्टि की है कि यद्यपि रीढ़ की हड्डी के सिनैप्स प्रत्येक व्यक्तिगत रूप से डेंड्राइट पर सीधे स्थित सिनैप्स की तुलना में कम कुशल हैं, एक साथ काम करने पर प्रभाव काफी अधिक होता है।

यदि रीढ़ की झिल्ली उत्तेजित होती है, तो यह सिनैप्टिक ट्रांसमिशन के एम्पलीफायर के रूप में कार्य कर सकती है। गर्दन के पतले होने के कारण, रीढ़ की इनपुट प्रतिरोधकता बहुत अधिक है और एक सिनैप्स के कारण सिर में पीडी हो सकती है, जो सिंटैप्स करंट की तुलना में डेंड्राइट में अधिक मजबूत विद्युत प्रवाह भेजेगा। यह दिलचस्प है कि रीढ़ के संचालन के इस मोड के साथ, इसकी गर्दन का एक इष्टतम प्रतिरोध होना चाहिए। यह बहुत छोटा नहीं होना चाहिए - फिर सिनेप्टिक वर्तमान का एक ध्यान देने योग्य हिस्सा डेंड्रिटिक शाखा में बह जाएगा, रीढ़ की सिर की झिल्ली पर संभावित बदलाव थ्रेशोल्ड मान तक नहीं पहुंचेगा, और एपी वहां नहीं होगा। लेकिन, दूसरी ओर, रीढ़ की गर्दन का प्रतिरोध बहुत महान नहीं होना चाहिए, अन्यथा बहुत कमजोर एक प्रवाह रीढ़ की हड्डी से डेंड्राइट में बह जाएगा और सिनैप्टिक वर्तमान का कोई प्रवर्धन काम नहीं करेगा। हाल ही में, कार्यों से पता चला है कि वास्तविक रीढ़ की ज्यामितीय संरचना उस के करीब है, जो कि सैद्धांतिक गणना के अनुसार, इष्टतम है।

अब तक, हमने फाइबर और कोशिकाओं के आकार या यहां तक \u200b\u200bकि कोशिकाओं के माइक्रोस्ट्रक्चर के बारे में बात की - रीढ़। अब कोशिका संघों की ज्यामिति पर नजर डालते हैं।

वयस्क मस्तिष्क में प्रत्यारोपित तंत्रिका कोशिकाएं "स्थानीय" लोगों के साथ सही संपर्क बनाती हैं और सामान्य कार्य में शामिल हो जाती हैं।

तंत्रिका कोशिकाएं, जैसा कि हम अब जानते हैं, हालांकि उबरना अभी भी उतना तेज नहीं है, जितना हम चाहेंगे। दूसरी ओर, कई प्रकार के सेल प्रकार, जिनमें न्यूरॉन्स शामिल हैं, अब प्रयोगशाला में उगाए जा सकते हैं।

यह अच्छा होगा अगर, न्यूरॉन्स की सामूहिक मृत्यु (स्ट्रोक या पार्किंसंस या अल्जाइमर के सिंड्रोम की तरह) के साथ एक बीमारी की स्थिति में, मृत कोशिकाओं के बजाय नए, ताजा और स्वस्थ कोशिकाओं को प्रत्यारोपित किया जा सकता है - बस एक जले हुए विद्युत तारों को बदलने या एक माइक्रोकिरिट के क्षतिग्रस्त हिस्से की तरह। हालांकि, न्यूरॉन्स, जैसा कि आप जानते हैं, कई संपर्कों द्वारा एक दूसरे से जुड़े हुए हैं, और विभिन्न तंत्रिका प्रक्रियाओं में शामिल हैं, और इसलिए, यदि हम किसी वयस्क मस्तिष्क में कुछ प्रत्यारोपण करना चाहते हैं, तो हमें पहले प्रश्न का उत्तर देने की आवश्यकता है: क्या नए तत्व पाए जा सकते हैं। तंत्रिका सर्किट में एकीकृत करने के लिए इसकी जगह है?

दो साल पहले, हमने लक्समबर्ग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के प्रयोगों के बारे में लिखा, जिन्होंने मस्तिष्क प्रांतस्था में और हिप्पोकैम्पस (मुख्य मेमोरी केंद्रों में से एक) में न्यूरोनल अग्रदूत कोशिकाओं को चूहों में प्रत्यारोपित किया - उस कार्य के लेखकों के अनुसार, कोशिकाओं ने एक नए स्थान में सफलतापूर्वक परिपक्व हो गए, घबराहट के साथ स्थापित संपर्क। जंजीर, और। यही है, सिद्धांत रूप में, मस्तिष्क प्रत्यारोपित न्यूरॉन्स को स्वीकार करता है; लेकिन यह समझने के लिए कि क्या वे उपयोगी थे, क्या वे सूचना प्रक्रियाओं में शामिल थे, नए प्रयोगों की आवश्यकता थी।

और अब में प्रकृति Suzanne फॉल्कनर का एक लेख ( सुसैन फॉकनर) और मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर न्यूरोबायोलॉजी और लुडविग-मैक्सिमिलियन यूनिवर्सिटी ऑफ म्यूनिख के उनके सहयोगियों, जिन्होंने पाया कि अगर न्यूरॉन्स को दृश्य प्रांतस्था में प्रत्यारोपित किया जाता है, तो वे न केवल सही ढंग से तंत्रिका सर्किट में एकीकृत होते हैं, बल्कि दृष्टि भी।

मस्तिष्क के अन्य क्षेत्रों की तुलना में दृश्य कॉर्टेक्स का विशेष रूप से अध्ययन किया जाता है, हम इसके न्यूरॉन्स के बारे में जानते हैं कि वे कब और क्यों चालू और बंद करते हैं, और मस्तिष्क के अन्य क्षेत्रों के साथ वे जुड़े हुए हैं। प्रयोग में, दृश्य कॉर्टेक्स का एक टुकड़ा चूहों से हटा दिया गया था, और भ्रूण से लिया गया सेरेब्रल कॉर्टेक्स का एक टुकड़ा इसके स्थान पर प्रत्यारोपित किया गया था, और फिर, एक विशेष सूक्ष्म तकनीक का उपयोग करके, अलग-अलग कोशिकाओं को देखा गया था।

एक महीने के भीतर, काम के लेखकों के अनुसार, प्रत्यारोपित "प्रोटोनोनरन्स" को सामान्य रूप से परिपक्व न्यूरॉन्स में बदल दिया गया था, उसी चरण से गुजरते हुए जो आमतौर पर तंत्रिका कोशिकाओं को परिपक्व करते हैं। (विशेष रूप से, उन लोगों में, जो समय के साथ प्रत्यारोपित होते हैं, डेंड्राइटिक स्पाइन की संख्या में उसी तरह कमी आई - न्यूरॉन झिल्ली पर क्षेत्र जहां एक सिनैप्स बन सकता है, एक अन्य न्यूरॉन की प्रक्रिया के साथ संपर्क; यह माना जाता है कि रीढ़ की संख्या में कमी से सूचना प्रवाह को बेहतर ढंग से व्यवस्थित करने में मदद मिलती है, तंत्रिका कोशिकाओं को भ्रमित होने में मदद नहीं करता है। मस्तिष्क में प्रवेश करने वाले आवेगों की एक बड़ी संख्या।)

हालांकि, न्यूरोसाइंटिस्ट अधिक चाहते थे: उनका लक्ष्य यह देखना था कि प्रत्यारोपण के बाद हर एक कोशिका न केवल एक सामान्य न्यूरॉन में बदल जाती है, बल्कि दूसरों के साथ सही संबंध भी बनाती है। दूसरे शब्दों में, यहां संयोजी द्वारा प्रत्यारोपित टुकड़े का विश्लेषण करना आवश्यक था: आंतरिक आंतरिक कनेक्शन की दिशा जो प्रांतस्था के अन्य क्षेत्रों में गई, और उनकी ताकत।

यह पता चला कि संचालित चूहों में, यहां की स्थिति सामान्य चूहों की तरह ही है, जिन्हें कुछ भी प्रत्यारोपित नहीं किया गया था। दूसरे शब्दों में, "एलियन" कोशिकाएं न केवल उस व्यक्ति के साथ संपर्क बनाती थीं जिनके साथ उन्हें ज़रूरत थी, लेकिन इस तरह के संपर्कों की ताकत वैसी ही थी, जैसी होनी चाहिए (कहीं न कहीं कमजोर, कहीं मजबूत, तो किसी के आधार पर प्रांतस्था के अनुभाग सूचना का आदान-प्रदान करते हैं)। "मूल" के साथ कुछ विसंगतियां थीं, कुछ न्यूरॉन्स ने गलत लोगों के साथ सिनैप्स की स्थापना की, लेकिन यहां कारण, स्पष्ट रूप से, यह था कि प्रत्यारोपण के लिए उन्होंने एक टुकड़ा लिया जो मस्तिष्क से हटाए गए एक के साथ बिल्कुल मेल नहीं खाता था। और अगली बार, गलत कनेक्शन से बचने के लिए काफी संभव है यदि आप पूरी प्रक्रिया का अधिक सटीक रूप से पालन करते हैं।

अंत में, अंतिम परीक्षण - कार्यक्षमता के लिए परीक्षण - प्रत्यारोपित कोशिकाएं भी सफलतापूर्वक पारित हुईं। चूहे को समय-समय पर धारियों के कुछ पैटर्न दिखाए गए, और धीरे-धीरे नई कोशिकाओं ने कुछ पैटर्न को दूसरों से अलग करना सीखा: उन्होंने दूसरों के लिए कुछ और प्रतिक्रिया व्यक्त की। यही है, समय के साथ, एक मिलावट हुई, तंत्रिका कोशिकाओं का एक प्रशिक्षण, जिसे हम याद करते हैं, शुरू से ही मस्तिष्क में नहीं थे।

इसलिए, इस तथ्य के कारण कि काम के लेखकों ने व्यक्तिगत न्यूरॉन्स के भाग्य का पालन किया, वे अंततः मज़बूती से स्थापित करने में कामयाब रहे कि प्रत्यारोपित कोशिकाएं न केवल पहले से गठित तंत्रिका श्रृंखलाओं की प्रणाली में एकीकृत होती हैं, बल्कि काफी सफलतापूर्वक काम करना शुरू कर देती हैं। (जो विशेष रूप से उत्सुक है, क्योंकि यह दृश्य प्रांतस्था है जिसे पुनर्व्यवस्थित होने का खतरा नहीं माना जाता है।)

भविष्य में, शोधकर्ता यह पता लगाने जा रहे हैं कि दूसरे तरीके से प्राप्त न्यूरॉन्स कैसे व्यवहार करेंगे (जो कि भ्रूण के मस्तिष्क से नहीं लिया जाता है, लेकिन, उदाहरण के लिए, प्रेरित स्टेम कोशिकाओं के चरण के माध्यम से त्वचा की कोशिकाओं को फिर से संगठित करने के बाद उगाया जाता है), और क्या ऐसे पैच का उपयोग प्राकृतिक मस्तिष्क क्षति के इलाज के लिए किया जा सकता है। - उदाहरण के लिए, शारीरिक चोट या स्ट्रोक के मामले में।