Neŭronoj komunikas inter si ankaŭ per elektraj kampoj

 

Ekde ĉiam oni kredis ke neŭronoj (ĉeloj el cerbo kaj nerva sistemo) komunikas  nur per sinapsoj, interligaĵoj kiuj fizike kunigas unu neŭrono al la alia.
Sed teamo de esploristoj de Caltech (California Institute of Technology) malkovris ke neŭronoj ankaŭ komunikas per malfortaj elektraj kampoj. Tiu malkovro povus helpi nin kompreni kiel per fiziko naskiĝas la kono - sankta Gralo de neŭroscienco.

 

La nova studaĵo, publikigita en revuo Nature Neuroscience [1], montras ke la cerbo estas plenŝutata je elektraj fenomenoj. Fakte, la cerbo estas ĉirkaŭita de nenombreblaj elektraj kampoj surmetiĝantaj unu la alian, kiuj estas kreitaj fare de neŭronoj.

 

Kiel klarigas Doktoro Anastassiou, neŭrosciencisto kaj unua subskribinto de la studaĵo: "Oni ĉiam pensis ke tiu fenomeno estis flanka fenomeno, ia 'program-eraro' kiu okazas dum normala komunikado [per fizikaj sinapsoj]".
Sed nova studaĵo sugestas nin, ke elektraj kampoj havas gravegan rolon kaj fakte ili verŝajne estas alia komunikmaniero de neŭronoj.

 

"Dum aktivaj neuronoj kreas eksterĉelaj kampoj, tiuj kampoj kaŭzas 'respondon' al neŭronoj, ŝanĝante ilian agadon", ankaŭ se neŭronoj ne estas fizike konektitaj - fenomeno kiu nomatas "emfaza kuniĝo".[2]
"Ĝis nun oni pensis ke neŭra interkomunikado funkcias per lokaj strukturoj, nomataj sinapsoj. Nia laboraĵo sugestas la ĉeestecon de alia komunikilo inter neŭronoj, kiu uzas la interĉelan spacon, sendipende de sinapsoj".

 

Elektrikaj kampoj ĉeestas en la tuta viva cerbo, ankaŭ se ili estas plej fortaj kaj oftaj en kelkaj regionoj, kiel hipokampo, kiu estas implikita en memorfarado, kaj cerba kortekso, implikita en longtempa memoro. "Ŝanĝigoj de tiuj kampoj eksterĉelaj karakterizas vivon kaj konduton de cerbo en ĉiuj la organismoj, kaj ilia neĉeesteco estas montrilo de cerbo en profunda komato aŭ eĉ mortinta".

 

Antaŭe, neŭrbiologoj antaŭsupozis ke elektraj kampoj povas influi la neŭraktivecon nur dum gravaj malsanaj kondicoj, kiel epilepsiaj krizoj, kiuj kaŭzas tre fortajn kampojn. Malmultaj studaĵoj konsideris efektojn de neepilesiaj kampoj, ege pli malfortaj, sed ege pli ordinaraj. "La kialo estas simpla. Estas tre malfacile fari eksperimenton sur viva cerbo, sen eksterĉelaj kampoj" por studi kio ŝanĝiĝas kiam kampoj ne ĉeestas.

 

Por taksi gravecon de tiuj sekvoj, la teamo de esploristoj ekstudadis elektrajn kampojn pli fortaj sed kun malrapidaj osciloj, nomataj "lokaj kamppotencialoj" (angle: LFP), produktataj de neŭraj cirkvitoj, kiuj estas kombinaĵo de malmultaj ĉeloj el muŝa cerbo. Mezurado de kampoj kaj iliaj sekvoj bezonis enmeton de aro da malgrandaj elektrodoj en spacion granda kiel volumeno de unu ĉelo, kies distancoj unu de la alia estis pli malgrandaj ol 50 mikronoj (50 miliononoj da metro).

 

Neatendita kaj surpriza estas la rezulto laŭ kiu eksterĉelaj kampoj povas influi sur la neŭra aktiveco.
"Ni rimarkis ke malfortaj kampoj, kies rango estis en la ordo de 1 milonon da Volto por milimetro, grave ŝanĝas la aktiviĝon de unuopaj neŭronoj, kaj pliigas la tiel nomita "spike-field coherence", t.e. la sinkronecon laŭ kiu neŭronoj ekaktivas depende de elektra kampo. Ni scias ke en la ĉerbo de mamuloj la eksterĉelaj kampoj povas facile superi la forton de 2 aŭ 3 milonojn da Volto por milono da metro. Niaj rezultoj sugestas ke en tiaj kondicoj tiu efiko estas signifa".

 

Doktoro Anastassiou hipotesas ke kompreno je funkciado de tiuj kampoj povas ŝanĝi nian komprenon pri la vera ĉerba funkciado. "La pliiĝo de tiu kohereco povas ege plimultigi la kvanton da informoj elsenditaj fare de neŭronoj, aldone al plibonigo de ilia konfidebleco. Krom tio, oni scias ekde multe ke la skemoj de ĉerba aktiveco rilataj al la memorado kaj al la delokado produkas fortajn kampojn kaj pliigas la "spike field coherence"-n. Ni opinias ke tiu ĉi fenomeno de la emfaza kuniĝo ne nur pligrandigas efikojn, sed ankaŭ influas la ĉerbon je pluraj niveloj dum intenca prilaboro".

 

Laŭ Anatassiou, la kompreno pri kreadmaniero kaj funkciado je cerbaj kampoj endogenaj igos nin al malkaŝo pri traktado de informoj je nivelo de cerbaj cirkvitoj kie oni opinias ke konceptoj kaj perceptado naskiĝas.

Anastassiou ankaŭ hipotesas ke ankaŭ eksteraj elektraj kampoj povas profunde influi sur la cerbo.
"Fiziko trudas tion, ke ĉiu eksterna elektra kampo influas sur neŭraj membranoj. Dum epilepsiaj krizoj la elektraj kampoj povas atingi 100 milonojn da Volto por milimetro, multe influante la aktivado de neŭronoj kaj kreante statojn supere sinkronigitajn". Do tio, li aldonas, sugestas ke la aktiveco de elektraj kampoj ekstere de kelkaj cerbareoj dum difinitaj cerbstatoj povas kaŭzi gravajn efikojn sur kognicio kaj konduto.

 

Ankaŭ tiun ĉi hipotezon subtenas sendipenda studiaĵo publikigita en revuo PLoS ONE [3] kaj farita de esploristoj de Universitato en Sidnejo. Ilia studado sugestas ke eble ni estas kapablontaj stimuli cerbon en superkrean staton per "kasko je elektra penso".

 

Dum studado, la esploristoj Richard Chi kaj Allan Snyder rimarkis ke la partoprenantoj, kiuj eltenis elektrikan stimulaĵon ĉe fruntaj tempiaj loboj, havis tri foje pli grandan probablecon por akiro je komprenado por solvi malfacilan kaj nekutiman problemon, kompare al kontrolgrupo.

Laŭ la aŭtoroj, nia kutimo neflekseble uzi strategiojn kaj intuiciojn, kiuj sukcesi en estinteco estas grava malhelpo al akiro je kreaj saltoj, kiuj povus helpi nin solvi problemojn novajn.

 

Kutime okazas kognicia kompromiso inter la bezono rapide fari ion kaj aliflanke la bezono akcepti novaĵojn.
Snyder kaj Chi subtenas, ke ni povas ŝanĝi tiun kompromison por nia profito, uzante direktan trakranian stimuladon (tDCS), tekniko senriska kaj seninvada, kiu portempe pliigas aŭ malpliigas la eksciteblecon de aro da neŭronoj.

Detale, oni povas uzi tDCS por ŝanĝi la konkuradon inter la dekstra kaj maldekstra hemisferoj per deekstera inhibicio aŭ stimulado de neŭraj retoj. Iliaj rezultoj estas kohera al al rezultoj de aliaj eksperimentoj kiuj sugestas ke la tempia frontdekstra lobo rilatas al intuiciado kaj al ekkono je novaj signifoj, kaj ke inhibicio je tempia frontmaldekstra lobo povas kaŭzi kognician staton, malpli influata fare de antaŭformitaj koncepto.

 

Ankaŭ se novaj studadoj pri cerba stimulado kombinita kun neŭroimaĝoj necesas por ĝuste kompreni la meĥanismon por komprenado, Snyder kaj Chi imagas estonton en kiu cerba stimulado seninvada estas uzata por solvi problemojn kiuj ĉirkaŭevitas tradiciajn kogniciajn agmanierojn.

 

Fonto:
“Brain’s neurons found to communicate via electric fields” de Kate Melville - 3 feb. 2011
http://www.scienceagogo.com/news/20110102222950data_trunc_sys.shtml

 

[1] http://www.nature.com/neuro/journal/v14/n2/full/nn.2727.html

 

[2] Ephapstic coupling: accoppiamento fra due o più neuroni molto vicini fra loro mediato da campi elettrici generati dai neuroni stessi durante la loro attività elettrica. 

http://www.bookrags.com/tandf/ephaptic-coupling-tf

 

[3] http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0016655

 

Tradukis: Cicciolinuks