Cellulaire elektrische koppeling: elektrische velden passen de hersenfunctie aan

samenvatting: De wetenschappers brachten een hypothese naar voren genaamd “cel-elektrische koppeling” dat elektrische velden in de hersenen componenten van neuron-subeenheden kunnen manipuleren, waardoor de netwerkstabiliteit en efficiëntie worden verbeterd. Ze suggereren dat deze domeinen neuronen in staat stellen het informatieverwerkende netwerk tot op moleculair niveau af te stemmen.

Relatief gezien is het proces vergelijkbaar met gezinnen die hun tv-opstelling regelen voor de perfecte kijkervaring. De theorie, die open staat voor testen, zou ons begrip van de innerlijke werking van de hersenen enorm kunnen vergroten.

Belangrijkste feiten:

1. De Cyto-elektrische koppelingshypothese suggereert dat de elektrische velden van de hersenen de netwerkstabiliteit en -efficiëntie kunnen aanpassen door subneuroncomponenten te beïnvloeden.
2. Het vermogen van de hersenen om zich aan te passen aan een veranderende wereld omvat eiwitten en moleculen die interageren met elektrische velden die worden gegenereerd door neuronen.
3. Deze nieuwe theorie, die een verbinding van microscopisch naar microscopisch niveau in de hersenen voorstelt, is een toetsbare hypothese die ons begrip van het functioneren van de hersenen radicaal zou kunnen veranderen.

bron: Piccoer Instituut voor leren en geheugen

Om zijn vele functies te produceren, inclusief denken, werken de hersenen op vele niveaus. Informatie zoals doelen of afbeeldingen wordt vertegenwoordigd door gecoördineerde elektrische activiteit tussen netwerken van neuronen, terwijl in en rond elk neuron een cocktail van eiwitten en andere chemicaliën de mechanismen uitvoert die betrokken zijn bij het netwerk.

Een nieuw artikel van onderzoekers van MIT, City University – University of London en Johns Hopkins University stellen dat elektrische velden van netwerken de fysieke configuratie van subcellulaire componenten van neuronen beïnvloeden om de netwerkstabiliteit en -efficiëntie te verbeteren, een hypothese die de auteurs ‘cellulaire elektrische koppeling’ noemen. “

Graaf K. zei: Miller, de Picower-professor aan het Picower Institute for Learning and Memory aan het MIT, die co-auteur was van het artikel in Vooruitgang in de neurowetenschappen Met assistent-professor Dimitris Pinoutsis van MIT en City University – University of London, en professor Jane Friedman van Johns Hopkins.

“Het brein past zich aan aan een veranderende wereld”, zegt Benoutsis. “Eiwitten en moleculen veranderen ook. Ze kunnen elektrische ladingen hebben en moeten neuronen inhalen die informatie verwerken, opslaan en doorgeven met behulp van elektrische signalen. Interactie met de elektrische velden van neuronen lijkt essentieel te zijn.”

Denken in domeinen

Miller’s lab richt zich vooral op het bestuderen van hoe cognitieve functies op een hoger niveau, zoals werkgeheugen, snel, flexibel en toch betrouwbaar kunnen ontstaan ​​uit de activiteit van miljoenen individuele neuronen.

Neuronen zijn in staat circuits dynamisch vorm te geven door verbindingen, synapsen genaamd, te maken en te verwijderen, en door die verbindingen te versterken of te verzwakken. Maar Miller zei dat dit slechts een “routekaart” is waar informatie omheen kan stromen.

Miller ontdekte dat specifieke neurale circuits die collectief de ene of de andere gedachte vertegenwoordigen, worden gecoördineerd door ritmische activiteit, in de volksmond bekend als ‘hersengolven’ met verschillende frequenties.

Snelle “gamma”-ritmes helpen bij het overbrengen van beelden uit onze visie (bijv. een donut), terwijl langzamere “bèta”-golven diepere gedachten over dat beeld kunnen overbrengen (bijv. “te veel calorieën”).

Miller’s lab heeft aangetoond dat goed getimede uitbarstingen van deze golven voorspellingen kunnen dragen en het schrijven, vasthouden en lezen van informatie in het werkgeheugen mogelijk maken. Het loopt vast als het werkgeheugen dat ook doet.

Het laboratorium meldde bewijs dat de hersenen ritmes op specifieke fysieke locaties expliciet kunnen manipuleren om neuronen verder te reguleren voor vloeiende cognitie, een concept dat ‘ruimtelijke berekening’ wordt genoemd.

Recent werk van het laboratorium heeft aangetoond dat, hoewel de deelname van individuele neuronen aan netwerken wispelturig en onbetrouwbaar kan zijn, de informatie die wordt overgedragen door de netwerken waarvan ze deel uitmaken, onveranderlijk wordt weergegeven door de geaggregeerde elektrische velden die worden gegenereerd door hun collectieve activiteit.

Cellulaire elektrische koppeling

In de nieuwe studie combineerden de auteurs dit model van de ritmische elektrische activiteit die neurale netwerken orkestreert met andere bewijslijnen dat elektrische velden neuronen op moleculair niveau kunnen beïnvloeden.

Onderzoekers hebben bijvoorbeeld adhesieve koppeling bestudeerd, waarbij neuronen elkaars elektrische eigenschappen beïnvloeden door de nabijheid van hun membranen, in plaats van uitsluitend te vertrouwen op elektrochemische uitwisselingen tussen synapsen. Deze elektrische overspraak kan neurale functies beïnvloeden, inclusief wanneer en of ze vuren om elektrische signalen door te geven aan andere neuronen in het circuit.

Miller, Benoutsis en Friedman halen ook onderzoek aan dat andere elektrische effecten op cellen en hun componenten aantoont, waaronder hoe neurale ontwikkeling wordt gestuurd door velden en dat microtubuli daarmee kunnen worden uitgelijnd.

Als de hersenen informatie vervoeren in elektrische velden en die elektrische velden in staat zijn om neuronen en andere elementen in de hersenen te creëren die een netwerk vormen, dan is de kans groter dat de hersenen dat vermogen gebruiken. De auteurs suggereren dat de hersenen velden kunnen gebruiken om ervoor te zorgen dat het netwerk doet wat het moet doen.

Om het (losjes) in aardappeltermen te zeggen: het succes van netwerktelevisie gaat niet alleen over het vermogen om een ​​duidelijk signaal af te geven aan miljoenen huishoudens. Ook belangrijk zijn de kleine details, zoals de manier waarop elk huis het tv-scherm, het geluidssysteem en het meubilair in de woonkamer rangschikt om de ervaring te maximaliseren.

De aanwezigheid van het netwerk, zowel in deze metafoor als in de hersenen, motiveert individuele deelnemers om hun infrastructuur te configureren om optimaal deel te nemen, zei Miller.

“Cyto-elektrische koppeling verbindt informatie op mesoschaal en macroscopisch niveau tot op het microscopische niveau van eiwitten die de moleculaire basis van het geheugen vormen”, schreven de auteurs in het artikel.

Het artikel schetst de inspirerende redenering voor fotovoltaïsche koppeling. “We bieden een hypothese die iedereen kan testen,” zei Miller.

Financiering: Ondersteuning voor het onderzoek kwam van het Verenigd Koninkrijk Research and Innovation (UKRI), het US Office of Naval Research, de JPB Foundation en het Picower Institute for Learning and Memory.

Over dit onderzoek in Neuroscience News

auteur: David Orenstein
bron: Piccoer Instituut voor leren en geheugen
communicatie: David Orenstein – Picquer Instituut voor leren en geheugen
afbeelding: Afbeelding gecrediteerd aan Neuroscience News

Oorspronkelijke zoekopdracht: vrije toegang.
“Cyto-elektrische koppeling: elektrische velden beeldhouwen neurale activiteit en “afstemmen” de infrastructuur van de hersenenDoor Earl K. Miller et al. Vooruitgang in de neurowetenschappen

een samenvatting

Cyto-elektrische koppeling: elektrische velden beeldhouwen neurale activiteit en “afstemmen” de infrastructuur van de hersenen

We stellen convergerend bewijs voor en leveren convergerend bewijs voor de hypothese van de cyto-elektrische koppeling: elektrische velden die door neuronen worden gegenereerd, zijn causaal tot op het niveau van het cytoskelet.

Dit kan worden bereikt door elektrische diffusie, mechanisch transport en uitwisselingen tussen elektrische, potentiële en chemische energie. Ephaptische koppeling reguleert neuronale activiteit en vormt neuronale clusters op macroniveau.

Deze informatie verspreidt zich tot op het niveau van neuronen, waardoor verhogingen worden beïnvloed, en tot op moleculair niveau om het cytoskelet te stabiliseren, waardoor het wordt “afgestemd” om informatie efficiënter te verwerken.