Астроцити – це зіркоподібні клітини мозку, які можуть відігравати приховану роль у пам'яті. (Зображення: JUAN GAERTNER/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images)
Протягом десятиліть вчені вважали, що нейрони є єдиними архітекторами мислення та пам'яті мозку, але тепер нові дослідження показують, що інший, часто недооцінений тип клітин мозку може відігравати більш центральну роль у пам'яті, ніж вважалося раніше.
У дослідженні, опублікованому в травні в журналі PNAS, припускається, що ці інші клітини мозку, які називаються астроцитами, можуть бути відповідальними за вражаючу здатність мозку зберігати інформацію завдяки нещодавно виявленому типу мережевої архітектури.
Астроцити – це зіркоподібні клітини, які виконують багато завдань з обслуговування мозку, включаючи очищення від клітинних залишків, постачання нейронів поживними речовинами та регулювання кровотоку. Вони також мають тонкі розгалужені структури, відомі як відростки, що обвивають точки, де нейрони обмінюються повідомленнями. Це обгортання утворює те, що називається тристороннім синапсом, свого роду тристороннім рукостисканням, що включає два з'єднані нейрони та астроцит.
Вам може сподобатися
- Мозок може «переміщатися» між пов'язаними ідеями так само, як він переміщується з одного місця в інше.
- Найбільший в історії мозковий «коннектом», створений завдяки перегляду «Матриці» та «Зоряних війн» за допомогою миші
- Чи можуть дорослі люди виростити нові клітини мозку?
«Ви можете уявити собі астроцита як восьминога з мільйонами щупалець», — сказав провідний автор Лев Козачков, який на момент проведення дослідження був аспірантом Массачусетського технологічного інституту, а зараз є постдокторантом у IBM Research у Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк. «Голова восьминога — це тіло клітини, а щупальця — це «відростки», що обвивають сусідні синапси», — розповів Козачков Live Science в електронному листі.
Астроцити не передають електричні імпульси, як це роблять нейрони. Натомість вони спілкуються за допомогою кальцієвої сигналізації, надсилаючи хвилі заряджених частинок кальцію всередині клітин та між ними. Дослідження показали, що астроцити реагують на синаптичну активність, змінюючи внутрішній рівень кальцію. Ці зміни можуть потім спровокувати вивільнення хімічних посередників з астроцита в синапс.
«Ці процеси діють як крихітні кальцієві комп’ютери, які відчувають, коли інформація надсилається через синапс, передають цю інформацію іншим процесам, а потім отримують зворотний зв’язок у відповідь», – сказав Козачков. Зрештою, цей ланцюговий електронний лист повертається до нейронів, які, у свою чергу, коригують свою активність. Однак дослідники ще не до кінця розуміють точні обчислювальні функції, які астроцити виконують з інформацією, яку вони отримують від нейронів.
Щоб краще зрозуміти цю функцію, Козачков та його колеги звернулися до архітектур машинного навчання, які здатні відображати складні взаємодії між багатьма акторами, а не фіксувати лише прості зв'язки між парами одиниць.
Традиційні мережі машинного навчання, які пов'язують лише пари нейронів, можуть кодувати обмежену інформацію, сказав старший автор дослідження Дмитро Кротов, науковий співробітник Лабораторії штучного інтелекту Watson MIT-IBM та IBM Research. Оскільки один астроцит може підключатися до тисяч синапсів, команда висунула гіпотезу, що астроцити можуть опосередковувати комунікацію між усіма цими з'єднаннями. Вони припустили, що це може пояснити, як мозок досягає своїх величезних можливостей зберігання інформації.
«Унікальна анатомічна структура астроцитів забезпечує дуже природний і привабливий спосіб розробки цих великих систем зберігання інформації в біологічному обладнанні», – сказав Козачков Live Science в електронному листі.
Дослідники також висунули гіпотезу, що астроцити зберігають спогади шляхом поступових змін у своїх внутрішніх кальцієвих патернах, і що ці патерни потім перетворюються назад на сигнали, які надсилаються нейронам у формі хімічних месенджерів. У цій моделі кожен відросток астроцита, а не вся клітина, функціонує як окрема обчислювальна одиниця, запропонувала команда.
«Наша модель не потребує великої кількості нейронів для зберігання великої кількості спогадів», – сказав Козачков. «Це значна перевага з точки зору енергоефективності, оскільки нейрони метаболічно «дорогі»».
Модель пропонує «біологічно обґрунтоване пояснення» того, як ці системи зберігання пам'яті можуть функціонувати в мозку, сказав Мауріціо де Пітта, доцент Дослідницького інституту Крембіля в Торонто, Канада, який не брав участі в роботі. Попередні дослідження з використанням мікроскопів високої роздільної здатності підтвердили цю точку зору, показавши, що відростки астроцитів переплетені по всьому мозку та контактують з численними синапсами.
Однак де Пітта в електронному листі повідомив Live Science, що «моделі є потужними інструментами, але вони залишаються наближенням реального світу». Він також застеріг, що сучасні технології ще не можуть повністю відобразити динаміку, що розгортається в людському мозку в режимі реального часу, і що для підтвердження гіпотези потрібен рівень деталізації.
Хоча вчені починають усвідомлювати, що астроцити відіграють певну роль у формуванні спогадів, за словами де Пітти, у нас досі немає чітких доказів того, що специфічні взаємодії на основі кальцію між цими клітинами та мозком насправді допомагають створювати, зберігати або відтворювати спогади, як припускає команда MIT. Однак, якщо модель команди виявиться правильною, наслідки можуть запропонувати новий спосіб мислення про зберігання інформації в мозку, що свідчить про те, що обсяг пам'яті може масштабуватися залежно від кількості взаємодій астроцитів і синапсів, присутніх у мозку.
Автори дослідження зазначають, що модель також пропонує потенційні терапевтичні мішені для нейродегенеративних захворювань.
«Відомо, що астроцити пов’язані з хворобою Альцгеймера та іншими розладами пам’яті: наша модель надає обчислювальне уявлення про те, що може йти не так», – сказав Козачков. «Потенційно, наша математична модель може надихнути на пошук нових терапевтичних мішеней: точна модуляція зв’язності або сигналізації процесів астроцитів може відновити або компенсувати втрачену функцію пам’яті».
Однак, для того, щоб цю роботу було впроваджено в клінічні методи лікування, потрібно набагато більше досліджень.
Окрім нейронауки, модель може вказувати на застосування у штучному інтелекті. За словами де Пітти, модель може допомогти дослідникам створити апаратні системи, подібні до мозку. Такі системи можуть використовувати щільні архітектури пам'яті, які дозволяють їм зберігати величезні обсяги інформації та ефективно її запам'ятовувати, використовуючи дуже мало енергії, як це робить наш мозок. Це можна використовувати для широкого кола застосувань, таких як розпізнавання голосу; робототехніка та автономні системи; асистенти штучного інтелекту; або інтерфейси мозку та машини та «нейропротезування».
Мануела Калларі Науковий співавтор Live
Мануела Калларі — незалежний науковий журналіст, що спеціалізується на питаннях здоров'я людини та планети. Її статті публікувалися в MIT Technology Reviews, The Guardian, Medscape та інших виданнях.
Ви повинні підтвердити своє публічне ім'я, перш ніж коментувати
Будь ласка, вийдіть із системи, а потім увійдіть знову. Після цього вам буде запропоновано ввести своє ім'я для відображення.
Вийти Читати далі
Мозок може «переміщатися» між пов'язаними ідеями так само, як він переміщується з одного місця в інше.
Найбільший в історії мозковий «коннектом», створений завдяки перегляду «Матриці» та «Зоряних війн» за допомогою миші
Чи можуть дорослі люди виростити нові клітини мозку?
Аналіз 100 годин реальних розмов за допомогою штучного інтелекту — та активності мозку, що лежить в їх основі — показує, як люди розуміють мову
Дослідження показує, що гени мовчазної Х-хромосоми «прокидаються» у старших жінок, можливо, покращуючи роботу мозку
Чи справді планета може розвинути мозок? Останні новини з нейронауки
«Ілюзія гумової лапи»: Миші можуть «відчувати» штучні кінцівки, як і люди
Електронні «татуювання» на обличчі можуть вимірювати ваше розумове навантаження на роботі
Чи можуть дорослі люди виростити нові клітини мозку?
Як ви можете читати слова без голосних?
Рішення «проблеми коктейльних вечірок» може допомогти людям із втратою слуху
Вчені виманили людське око, щоб воно побачило абсолютно новий колір. Він називається «оло». Останні новини
Дивіться нове зображення з Дуже Великого Телескопа, на якому видно молоду зірку, яка потенційно може народити планету-гіганта
Моделі міркувань штучного інтелекту не такі розумні, як їх проголошували, стверджує дослідження Apple
Акула-молот упала з неба в Південній Кароліні, перервавши гру в диск-гольф
Давня ДНК з Папуа-Нової Гвінеї розкриває століття генетичної ізоляції
Телескоп Джеймса Вебба представив найбільшу в історії карту Всесвіту
Сонячний зонд Parker від NASA зафіксував потужний магнітний вибух, спрямований на поверхню Сонця ОСТАННІ СТАТТІ
1. На новому зображенні з Дуже Великого Телескопа видно молоду зірку, яка потенційно може народити планету-гіганта.
Live Science є частиною Future US Inc, міжнародної медіагрупи та провідного цифрового видавництва. Відвідайте наш корпоративний сайт.
- Про нас
- Зверніться до експертів Future
- Умови та положення
- Політика конфіденційності
- Політика щодо файлів cookie
- Заява про доступність
- Рекламуйтеся у нас
- Веб-сповіщення
- Кар'єра
- Редакційні стандарти
- Як запропонувати нам історію
© Future US, Inc. Повний 7-й поверх, 130 West 42nd Street, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 10036.
var dfp_config = { «site_platform»: «vanilla», «keywords»: «тип-новини-щоденно,serversidehawk,відеоартикл,van-enable-adviser-
Sourse: www.livescience.com
