Αποκαλύφθηκε μια άγνωστη δραστηριότητα των δενδριτών

Οι δενδρίτες είναι σχετικά κοντές προεξοχές των νευρώνων με πολλές διακλαδώσεις, και είναι υπεύθυνοι για την λήψη σημάτων από άλλους νευρώνες.

Εδώ και πολλά χρόνια, οι νευρώνες θεωρούνται πύλες που ανταποκρίνονται σε ηλεκτρικά ερεθίσματα με τη λογική του ΚΑΙ ή του Ή. Με βάση αυτό θεωρούσαμε ότι οι πολύπλοκες δραστηριότητες που επιτελεί το σώμα μας είναι αποτέλεσμα της συνδυασμού αυτών των λογικών ενεργειών των νευρώνων, που συνδέονται μεταξύ τους, όπως τα καλώδια μόνο που τα εξερχόμενα καλώδια ονομάζονται άξονας και τα εισερχόμενα δενδρίτες. Τελευταία, όμως οι νευροεπιστήμονες υποπτεύονται ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος χρησιμοποιεί ένα πιο σύνθετο μοντέλο, από το απλό αυτό που μεταφέρει τα σήματα από τον ένα νευρώνα στον άλλο.

Οι ερευνητές μελέτησαν, ex vivo, εγκεφαλικό ιστό από ζώντες ασθενείς πάσχωντες από όγκο στον εγκέφαλο ή επιληψία και συγκεκριμενα τα πεδία 2 και 3 κατά Brodmann του Πρωτογενούς σωματοαισθητικού φλοιού (S1), που είναι ιδιαίτερα πυκνός σε νευρώνες. Με πιπέτα χορήγησαν ιόντα στους δενδρίτες της περιοχής αυτής για να παρατηρήσουν τη συμπεριφορά των φορτισμένων ατόμων που ρέουν στο σώμα του νευρώνα. Όπως ήταν αναμενόμενο κάθε αύξηση ήταν σύντομης διάρκειας, περίπου 1 millisecond.

Οι μέχρι τώρα γνώσεις μας για τη λειτουργία των δενδριτών προέρχονταν από μελέτες σε ποντικούς. Στα ποντίκια, τα ιόντα ασβεστίου τείνουν να αυξάνουν τη διάρκεια της απόκρισης των δενδριτών, ενώ τα ιόντα νατρίου τη συντομέυουν. Στους ανθρώπους, όμως, η προσθήκη ιόντων νατρίου λειτουργεί αντίστροφα, δηλαδή αυξάνει τη διάρκεια απόκρισης. Μάλιστα, όταν μπλόκαραν εντελώς την είσοδο νατρίου στους δενδρίτες, έκαναν μια συνεχόμενη μετάδοση σημάτων, και σε κάποιες περιπτώσεις προχωρούσαν σε συνεχόμενη μετάδοση σημάτων με μεγάλη ταχύτητα. Αντίθετα, όταν μπλόκαραν την είσοδο ασβεστίου, υπήρχε παύση στη μετάδοση σήματος. Ανακάλυψαν μια κλάση δυναμικών ενέργειας των δενδριτών που αποκρίνεται στο ασβέστιο (calcium-mediated dendritic action potentials, dCaAPs), που αποκρίνονται και στις διακύμανσεις του δυναμικού και όχι απλώς στην τυπική λογική του αποκρίνεται ή δεν αποκρίνεται.

Τα στοιχεία αυτά μαρτυρούν ότι οι δενδρίτες του ανρθώπινου εγκεφάλου είναι διαφορερικοί από τα ποντίκια. Για να κατανοήσουν καλύτερα τη λειτουργία τους, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα νευρονικό μοντέλο προσομοίωσης της εγκεφαλικής δραστηριότητας βασισμένο στα ευρήματά τους. Οι προσομοιώσεις αποκάλυψαν ότι οι δενδρίτες είναι ικανοί να επεξεργάζονται τα ηλεκτρικά σήματα εκτελώντας πολύπλοκες πράξεις, όπως τη λογική πράξη XOR (ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΟ Η'). Λογικές που μέχρι τώρα πιστεύονταν ότι εκτελούνταν από ολόκληρα δίκτυα νευρώνων.