nieuw begrip van neuron signaleringssysteem

Het klassieke model van de manier waarop de hersencellen communiceren werd in 1943 door Warren McCulloch en Walter Pitts, op het moment dat de eerste digitale computers werden overwogen, en de McCulloch Pitts-model voorgesteld dat hersencellen communiceren in een binary mode, vertegenwoordigd door een "1" voor het bakken en een "0" voor de niet-vuren, maar een moderne computer functies.

Hoewel het algemeen zeggen dat een zoogdier hersenen functioneert als een computer, dit is een ietwat verkeerde idee, voor een deel omdat de waarneming van de Traub lab suggereert dat gat kruispunten cause "kortsluiting" als onderdeel van de hersenen de normale functies. Een echte computer niet kan functioneren indien de kortgesloten. Het is mogelijk dat deze kortsluiting in de hersenen van zoogdieren algemeen vergroten functie van de hersenen en de aanpassing aan het milieu, zoals door middel van creatief denken mogelijk maakt, de combinatie van op zichzelf staande feiten naar nieuwe ideeën.

Onderzoekers hebben sterke aanwijzingen gevonden voor een nieuw type van de communicatie tussen zenuwcellen in de hersenen. De bevindingen kan van belang zijn voor de preventie en behandeling van epilepsie, en eventueel in de verkenning van andere aspecten van de hersenen functies, gaande van creatief denken aan psychische aandoeningen zoals schizofrenie.

Epilepsie - een groep van aandoeningen gekenmerkt door het optreden van spontane terugkerende epileptische aanvallen - van invloed is ruwweg de helft van een procent van de Amerikaanse bevolking, en een hoger percentage nog steeds in ontwikkelingslanden. Bij ongeveer een derde van de patiënten, inbeslagnames worden niet naar behoren wordt beheerst door de beschikbare behandelingen. Problemen kunnen zich voordoen in het vermogen van patiënten om te werken, zowel thuis als in de samenleving.

Epileptische aanvallen gewoonlijk worden geacht rekening te houden met een gebrek aan evenwicht tussen het vermogen van zenuwcellen te prikkelen elkaar, aan de ene kant en het remmen van een andere, aan de andere kant. De excitatie en inhibitie plaatsvinden omdat de activiteit van zenuwcellen leidt tot de introductie van specifieke chemische stoffen - neurotransmitters genaamd - op gespecialiseerde kruispunten die worden gevraagd "chemische synapsen". De neurotransmitters diffuse over een minuscule ruimte tussen de zenuwcellen, en vervolgens binden aan eiwitten (zogenaamde "receptoren") op andere zenuwcellen. Binding van een neurotransmitter aan een receptor op hun beurt veroorzaakt excitatie of remming in de andere zenuwcellen.

Dit is de "klassieke" middel voor communicatie tussen zenuwcellen en ligt aan de basis van de meeste van de huidige begrip van de wijze waarop de hersenen informatie processen en controles spieren in het lichaam .* Een inbeslagneming wordt verondersteld te gebeuren wanneer er te veel chemische synaptische excitatie, en / of onvoldoende remming.

Er is echter een ander middel voor de zenuwcellen onderling met elkaar communiceren, de zogenaamde kloof kruispunten. Gap junctions in staat om elektrische stroom vloeit rechtstreeks voort uit een cel naar de andere, zonder tussenkomst van de introductie en verspreiding van de zender chemicaliën, en kan worden gezien als "kortsluiting" die of die dwars door de leertrajecten van de cellen die normaal communiceren.

Gap junctions zijn te vinden in vele delen van het lichaam, zoals het hart. Gap junctions tussen zenuwcellen zijn meest bestudeerd bij oudere dieren (zoals vissen) en ongewervelden (zoals bloedzuigers en krabben); daarnaast, gap kruispunten bij zoogdieren zijn onderzocht die bestaan tussen zenuwcellen dat de remming - dat wil zeggen tussen cellen die niet in de eerste plaats betrokken bij epileptische aanvallen. Gap junctions tussen prikkelend cellen in de hersenen van zoogdieren niet hebben van oudsher deel uit van het denken van neuroscientists.

Een bron van het idee dat de kloof kruispunten zijn van vitaal belang bij epilepsie kwam uit waarnemingen van hersengolven die zijn opgenomen net voor een aanval begint als volgt: deze golven kan optreden bij zeer hoge frequenties, 100 keer per seconde of zelfs meer.

Dat observatie, en andere experimenten uitgevoerd in Europa begint 10 jaar geleden, leidde een van de auteurs van het PNAS artikel (Roger Traub, op Suny Downstate) voor te stellen een nieuwe hypothese: prikkelend dat zenuwcellen - de cellen het meest kritisch zijn bij de opwekking van epileptische aanvallen - zijn ook gekoppeld aan elkaar zijn verbonden door gap junctions; dat wil junctions kloof zijn niet beperkt tot de cellen die de remming. Bovendien kloof tussen kruispunten prikkelend cellen waren voorspeld, zodat de software op een onverwachte plek: de axons van de cellen (de axonen is het deel van de cel die het mogelijk maakt vermeerdering van een signaal over lange afstanden).

Een dergelijke hypothese is natuurlijk omstreden. Wetenschappers willen zien dat deze kloof voorgestelde kruispunten. Maar de kloof kruispunten zijn klein, en zien ze vereist het gebruik van een elektronen microscoop, een instrument kunnen oplossen structurele details die kleiner zijn dan de golflengte van zichtbaar licht - details over de omvang van tientallen angstrom (een Angstrom is ongeveer de diameter van een atoom waterstof).

Toepassing van de elektronenmicroscoop te onderzoeken minuscule structuren in zenuwcellen is een speciale belangstelling van dr. Patrick Hof van de Mount Sinai School of Medicine, een van de andere auteurs PNAS. Bovendien wordt in de studie van de tussenruimte van kruispunten, het gebruik van de elektronenmicroscoop is vaak samengevoegd met chemische stoffen (antilichamen) technieken die het mogelijk maken een om te bepalen welke eiwitten aanwezig zijn binnen de kruispunten. Deze technieken zijn pioniersrol gespeeld door Dr. John Uitslag van de Colorado State University, en toegepast door dr. Naomi Kamasawa in het laboratorium van dr. Uitslag: beide zijn ook auteurs van het PNAS artikel.

Het PNAS artikel door Hamzei-Sichani et al.. vormt de eerste elektron microscopisch bewijs (of "ultrastructurele" met-bewijs) voor de kloof kruispunten op de axons van prikkelend zenuwcellen in de hersenen van zoogdieren. Gap junctions op deze site, over axons, kan verwacht worden op te treden als kortsluiting voor zenuw-signalen en voor de productie van "cross-talk." De nieuwe gegevens verhogen de provocerende vraag of cross-talk is een aspect van de normale functie van de hersenen.

Wat zijn de implicaties voor epilepsie "Eerst moet er meer worden geleerd over de verdeling van de kloof kruispunten - wat zenuwcellen hebben ze, waar op de cellen zijn ze gevestigd zijn, en hoe worden ze gecontroleerd (dwz kan de kloof kruispunten worden geopend of gesloten door middel van chemische signalen) "Tweede is er nog veel te leren over wegaansluitingen kloof precies hoe bij te dragen tot de zeer snelle hersengolven dat kan een voorbode inbeslagneming. En tot slot, dient te worden bepaald als verzachtende of voorkomen van deze zeer snelle hersengolven kan epileptische aanvallen. Zoals bijna altijd het geval in de medische biologie, elke ontdekking schept de behoefte aan meer experimenten.

Wat is duidelijk het geval is echter dat een hele nieuwe richting is de openstelling van het begrijpen van de oorsprong van epilepsie, en in het bedenken van nieuwe benaderingen voor de behandeling en preventie.

Daarnaast is dr. Jeremy Coplan, een professor in de psychiatrie op Suny Downstate - heeft voorgesteld om buitensporige afvuren van deze circuits kloof langs knooppunten een rol kunnen spelen bij psychose en manie.

De werken werden gezamenlijk uitgevoerd door wetenschappers van Suny Downstate Medical Center in Brooklyn, New York; Colorado State University in Fort Collins, Colorado, Mount Sinai School of Medicine in Manhattan, New York; en de Universiteit van Newcastle in het Verenigd Koninkrijk. De eerste auteur was dr. Farid Hamzei-Sichani, een MD / PhD student aan Downstate Medical Center, het werken in het laboratorium van Roger Traub, MD, hoogleraar in de fysiologie en farmacologie en neurologie op Suny Downstate.