Gli scienziati hanno identificato una forma unica di trasmissioni di informazioni presente nel cervello umano, rivelando quanto dobbiamo ancora imparare sui suoi misteriosi meccanismi interni.
La scoperta suggerisce in modo entusiasmante che il nostro cervello potrebbe essere un’unità di calcolo ancora più potente di quanto pensassimo. Nel 2020, ricercatori di istituti tedeschi e greci hanno scoperto un meccanismo nelle cellule esterne del cervello che produce da solo un nuovo segnale “graduale”, che potrebbe fornire ai singoli neuroni un altro modo per svolgere le loro funzioni logiche. Misurando l’attività elettrica in sezioni di tessuto rimosse durante un intervento chirurgico su pazienti epilettici e analizzando la loro struttura utilizzando la microscopia a fluorescenza, i neurologi hanno scoperto che singole cellule nella corteccia utilizzavano non solo i soliti ioni sodio per “spararsi”, ma anche calcio. Questa combinazione di ioni caricati positivamente ha dato il via a onde di voltaggio mai viste prima, chiamate potenziali d’azione dendritici mediati dal calcio o dCaAP. I cervelli, soprattutto quelli della varietà umana, sono spesso paragonati ai computer. L’analogia ha i suoi limiti , ma ad alcuni livelli svolgono compiti in modo simile. Entrambi utilizzano la potenza di una tensione elettrica per svolgere diverse operazioni. Nei computer si presenta sotto forma di un flusso piuttosto semplice di elettroni attraverso intersezioni chiamate transistor. Nei neuroni, il segnale è sotto forma di un’onda di canali che si aprono e si chiudono che scambiano particelle cariche come sodio, cloruro e potassio. Questo impulso di ioni fluenti è chiamato potenziale d’azione . Invece dei transistor, i neuroni gestiscono chimicamente questi messaggi all’estremità di rami chiamati dendriti. “I dendriti sono fondamentali per comprendere il cervello perché sono al centro di ciò che determina la potenza computazionale dei singoli neuroni”, ha detto a Walter Beckwith il neuroscienziato della Humboldt University Matthew Larkum presso l’American Association for the Advancement of Science nel gennaio 2020. I dendriti sono i semafori del nostro sistema nervoso. Se un potenziale d’azione è sufficientemente significativo, può essere trasmesso ad altri nervi, che possono bloccare o trasmettere il messaggio. Queste sono le basi logiche del nostro cervello: increspature di tensione che possono essere comunicate collettivamente in due forme: o un messaggio AND (se xey vengono attivati, il messaggio viene trasmesso); o un messaggio OR (se xo y viene attivato, il messaggio viene trasmesso). Probabilmente, da nessuna parte questo è più complesso che nella sezione esterna densa e rugosa del sistema nervoso centrale umano; la corteccia cerebrale. Il secondo e il terzo strato più profondi sono particolarmente spessi, ricchi di rami che svolgono funzioni di alto ordine che associamo alla sensazione, al pensiero e al controllo motorio. Sono stati i tessuti di questi strati che i ricercatori hanno esaminato da vicino, collegando le cellule a un dispositivo chiamato patch clamp somatodendritico per inviare potenziali attivi su e giù per ciascun neurone, registrando i loro segnali.
Per garantire che le scoperte non riguardassero esclusivamente le persone con epilessia, hanno ricontrollato i risultati in una manciata di campioni prelevati da tumori al cervello. Anche se il team aveva condotto esperimenti simili sui ratti , i tipi di segnali che osservavano ronzare attraverso le cellule umane erano molto diversi. Ancora più importante, quando hanno somministrato alle cellule un bloccante dei canali del sodio chiamato tetrodotossina , hanno comunque trovato un segnale. Ma modellare il modo in cui questo nuovo tipo di segnale sensibile funziona nella corteccia ha rivelato una sorpresa. Oltre alle funzioni logiche di tipo AND e OR , questi singoli neuroni potrebbero agire come intersezioni OR “esclusive” ( XOR ) , che consentono un segnale solo quando un altro segnale viene classificato in un modo particolare. “Tradizionalmente, si ritiene che l’operazione XOR richieda una soluzione di rete”, hanno scritto i ricercatori . C’è ancora molto lavoro da fare per vedere come si comportano i dCaAP su interi neuroni e in un sistema vivente. Per non parlare se si tratta di una cosa umana o se meccanismi simili si sono evoluti altrove nel regno animale. La tecnologia sta anche cercando ispirazione nel nostro sistema nervoso su come sviluppare hardware migliore; Sapere che le nostre singole cellule hanno qualche asso nella manica in più potrebbe portare a nuovi modi per collegare in rete i transistor. Come esattamente questo nuovo strumento logico racchiuso in una singola cellula nervosa si traduca in funzioni più elevate è una domanda a cui i futuri ricercatori dovranno rispondere.
Questa ricerca è stata pubblicata su Science .
