Teòiridh ùr mu chruthachadh synapse san eanchainn
Ath-eagrachadh anns an cortex lèirsinneach: ro (clì) agus dìreach às deidh milleadh air an reitine (meadhan), agus ann an ìre nas fhaide air adhart (deas). Faodaidh a ’mhòr-chuid de na neurons anns a’ chrios far a bheil ìomhaighean air an ro-mheasadh bhon reitine millte an cuid tùsail a choileanadh…barrachd
Bidh eanchainn an duine a ’cumail ag atharrachadh fad beatha neach. Tha ceanglaichean ùra gan cruthachadh gu cunbhalach fhad ‘s a tha synapses nach eilear a’ cleachdadh a ’crìonadh. Gu ruige seo, chan eil fios aig mòran mu na h-innleachdan a tha air cùl nam pròiseasan sin. Tha Jülich neuroinformatician Dr. Markus Butz a-nis air a bhith comasach air cruthachadh lìonraidhean neòil ùra anns an cortex lèirsinneach a thoirt gu riaghailt homeostatic sìmplidh a tha cuideachd na bhunait air mòran de phròiseasan fèin-riaghlaidh eile ann an nàdar. Leis a ’mhìneachadh seo, tha e fhèin agus a cho-obraiche an Dr Arjen van Ooyen à Amsterdam cuideachd a’ toirt seachad teòiridh ùr air plastachd na h-eanchainn - agus dòigh ùr airson pròiseasan ionnsachaidh a thuigsinn agus làimhseachadh leòntan agus galaran eanchainn.
Chan eil brains dhaoine inbheach air an sreangadh gu cruaidh. Tha luchd-saidheans air an fhìrinn seo a stèidheachadh a-rithist thar nam beagan bhliadhnaichean a dh ’fhalbh a’ cleachdadh diofar dhòighean ìomhaighean. Tha an neuroplasticity ris an canar chan e a-mhàin a ’cluich prìomh dhreuchd ann am pròiseasan ionnsachaidh, ach tha e cuideachd a’ toirt comas don eanchainn faighinn seachad air leòntan agus dìoladh a dhèanamh airson call ghnìomhan. Cha do lorg luchd-rannsachaidh ach o chionn ghoirid, eadhon ann an eanchainn inbheach, chan e a-mhàin gu bheil synapses a th ’ann mar-thà ag atharrachadh gu suidheachaidhean ùra, ach gu bheil ceanglaichean ùra an-còmhnaidh air an cruthachadh agus air an ath-eagrachadh. Ach, cha robh fios fhathast ciamar a tha na pròiseasan ath-leasachaidh nàdarra sin air an smachd san eanchainn. Anns an iris ruigsinneachd fosgailte Bith-eòlas Coimpiutaireachd PLOS, Tha Butz agus van Ooyen a-nis a ’nochdadh riaghailt shìmplidh a tha a’ mìneachadh mar a tha na lìonraidhean ùra sin de neurons air an cruthachadh.
“Tha e glè choltach gu bheil plastachd structarail na h-eanchainn mar bhunait airson cruthachadh cuimhne fad-ùine,” arsa Markus Butz, a tha air a bhith ag obair aig an Neuroscience Laboratory Simulation a chaidh a stèidheachadh o chionn ghoirid aig Ionad Supercomputing Jülich airson na mìosan a dh ’fhalbh. “Agus chan ann dìreach mu dheidhinn ionnsachadh a tha seo. Às deidh na h-oirean as àirde, leòn eanchainn, toiseach ghalaran neurodegenerative, agus stròcan, tha àireamhan mòra de synapses ùra air an cruthachadh gus an eanchainn atharrachadh gu na h-atharrachaidhean maireannach ann am pàtranan brosnachaidh a tha a ’tighinn a-steach.”
Bidh gnìomhachd a ’riaghladh cruthachadh synapse
Tha na toraidhean sin a ’sealltainn gu bheil cruthachadh synapses ùra air a stiùireadh le claonadh neurons gus ìre gnìomhachd dealain‘ ro-shuidhichte ’a chumail suas. Ma tha an gnìomhachd dealain cuibheasach a ’tuiteam fo ìre shònraichte, tòisichidh na neurons gu gnìomhach a’ togail puingean conaltraidh ùra. Tha iad sin nam bunait airson synapses ùra a bheir seachad cur-a-steach a bharrachd - bidh ìre losgaidh neuron ag àrdachadh. Bidh seo cuideachd ag obair an rathad eile: cho luath ‘s a bhios an ìre gnìomhachd a’ dol thairis air crìoch àrd, tha an àireamh de cheanglaichean synaptic air a lughdachadh gus casg a chuir air cus cus - bidh ìre losgadh neuron a ’tuiteam. Bidh cruthan coltach ri homeostasis gu tric a ’nochdadh ann an nàdar, mar eisimpleir ann an riaghladh teothachd bodhaig agus ìrean siùcar fala.
Ach, tha Markus Butz a ’daingneachadh nach obraich seo às aonais beagan excitation de na neurons:“ Bidh neuron nach fhaigh brosnachadh sam bith tuilleadh a ’call eadhon barrachd synapses agus bàsaichidh e às deidh ùine. Feumaidh sinn aire a thoirt don chuingealachadh seo ma tha sinn airson gum bi toraidhean ar samhlaidhean ag aontachadh le beachdan. ” A ’cleachdadh an cortex lèirsinneach mar eisimpleir, tha na neuroscientists air sgrùdadh a dhèanamh air na prionnsapalan a rèir am bi neurons a ’cruthachadh cheanglaichean ùra agus a’ leigeil seachad synapses a tha ann mu thràth. Anns an roinn seo den eanchainn, tha timcheall air 10% de na synapses ath-nuadhachadh gu leantainneach. Nuair a thèid an reitine a mhilleadh, bidh an ceudad seo a ’dol suas nas fhaide. A ’cleachdadh samhlaidhean coimpiutair, shoirbhich leis na h-ùghdaran ath-eagrachadh nan neurons ann an dòigh a tha a’ co-chòrdadh ri toraidhean deuchainneach bho cortex lèirsinneach luchainn is muncaidhean le retinas millte.
Tha an cortex lèirsinneach gu sònraichte freagarrach airson a bhith a ’sealltainn an riaghailt fàis ùr, seach gu bheil seilbh aige ris an canar retinotopy: Tha seo a’ ciallachadh gum bi puingean a tha air an dealbhadh ri taobh a chèile air an reitine cuideachd air an rèiteachadh ri taobh a chèile nuair a thèid an ro-mheasadh air an cortex lèirsinneach, dìreach mar air mapa. Ma thèid ceàrnaidhean den reitine a mhilleadh, gheibh na ceallan air a bheil na h-ìomhaighean co-cheangailte ris diofar chuir-a-steach. “Anns na samhlaidhean againn, chì thu gu bheil ceàrnaidhean nach eil a’ faighinn a-steach tuilleadh bhon reitine a ’tòiseachadh a’ togail ceanglaichean, a leigeas leotha barrachd chomharran fhaighinn bho na ceallan nàbaidh aca, ”arsa Markus Butz. Tha na ceanglaichean sin air an cruthachadh gu slaodach bho oir na sgìre a tha air a mhilleadh a dh ’ionnsaigh an ionaid, ann am pròiseas a tha coltach ri slànachadh, gus am bi an ìre gnìomhachd tùsail air ath-nuadhachadh gu ìre mhòr.
Plastachd synaptic agus structarail
“Tha an riaghailt fàis ùr a’ toirt plastachd structarail le prionnsapal a tha cha mhòr cho sìmplidh ri plastachd synaptic, ”arsa an co-ùghdar Arjen van Ooyen, a tha air a bhith ag obair air modalan airson leasachadh lìonraidhean neòil airson deicheadan. Cho tràth ri 1949, lorg an t-ollamh saidhgeòlas Dòmhnall Olding Hebb gu robh ceanglaichean eadar neurons bidh an gnìomh gu tric a ’fàs nas làidire. Bidh an fheadhainn nach bi ag iomlaid mòran fiosrachaidh nas laige. An-diugh, tha mòran de luchd-saidheans den bheachd gu bheil prìomh àite aig a ’phrionnsapal Hebbian seo ann am pròiseasan ionnsachaidh agus cuimhne. Fhad 'sa plastachd synaptic an sàs gu h-àraidh ann am pròiseasan geàrr-ùine a bheir bho beagan mhillean millean gu grunn uairean a thìde, bidh plastachd structarail a ’leudachadh thar ìrean ùine nas fhaide, bho grunn làithean gu mìosan.
Mar sin tha pàirt sònraichte aig plastachd structarail aig ìre ath-ghnàthachaidh (tràth) euslaintich air a bheil galairean eanchainn a ’toirt buaidh, a mhaireas seachdainean agus mìosan cuideachd. Is e an lèirsinn a tha a ’stiùireadh a’ phròiseict gum faodadh beachdan luachmhor airson a bhith a ’làimhseachadh euslaintich le stròc tighinn bho ro-innse ceart mu chruthachadh synapse. Nam biodh fios aig dotairean mar a dh ’atharraicheas agus a dh’ òrduicheas structar eanchainn euslainteach rè an làimhseachaidh, dh ’fhaodadh iad na h-amannan freagarrach airson ìrean brosnachaidh agus fois a dhearbhadh, agus mar sin a’ leasachadh èifeachdas làimhseachaidh.
Dòigh-obrach ùr airson grunn thagraidhean
“Chaidh gabhail ris roimhe gu bheil plastachd structarail cuideachd a’ leantainn prionnsapal plastachd Hebbian. Tha na co-dhùnaidhean a ’sealltainn gu bheil plastachd structarail air a riaghladh leis a’ phrionnsapal homeostatic an àite sin, nach deach a ghabhail a-steach roimhe seo, ”arsa an t-Oll. Abigail Mhoireasdan, ceannard an deuchainn-lann Simulation Neuroscience aig Jülich. Tha an sgioba aice mu thràth a ’fighe a-steach an riaghailt ùr a-steach do bhathar-bog atharrais NEST a tha ruigsinneach, a tha air a chleachdadh le grunn luchd-saidheans air feadh an t-saoghail.
Tha na co-dhùnaidhean sin cuideachd buntainneach don Phròiseact Brain Daonna. Tha neuroscientists, luchd-saidheans meidigeach, luchd-saidheans coimpiutair, fiosaig, agus matamataigs san Roinn Eòrpa ag obair làmh ri làimh gus an eanchainn daonna gu lèir a shamhlachadh air coimpiutairean àrd-choileanadh den ath ghinealach gus tuigse nas fheàrr fhaighinn air mar a tha e ag obair. “Mar thoradh air an cuairteachadh synaptic iom-fhillte ann an duine eanchainn, chan eil e so-chreidsinneach gu bheil a fhulangas locht agus sùbailteachd air a choileanadh stèidhichte air riaghailtean ceangail statach. Mar sin tha feum air modalan airson pròiseas fèin-eagrachaidh, ”arsa an t-Oll. Markus Diesmann bho Institiud Neur-eòlas agus Leigheas Jülich, a tha an sàs sa phròiseact. Tha e os cionn Neuroscience Coimpiutaireachd agus Siostaman (INM-6), fo-riochdaire ag obair aig an eadar-aghaidh eadar rannsachadh neuroscientific agus teicneòlas atharrais.
Rannsaich tuilleadh: Ag ath-ionnsachadh mar a chì thu: Bidh luchd-rannsachaidh a ’faighinn tionndadh bunaiteach air-falbh ann an leasachadh lèirsinneach
Tuilleadh fiosrachadh: Faodaidh riaghailt shìmplidh airson cruthachadh spine dendritic agus bouton axonal cunntas a thoirt air ath-eagrachadh cortical às deidh leòintean retinal fòcas, Markus Butz, Arjen van Ooyen, Biol Comput PLoS (foillsichte air-loidhne 10 Dàmhair 2013); DOI: 10.1371 / journal.pcbi.1003259
;
