nowe rozumienie neuron sygnalizacji

The classic model of how brain cells communicate was put forth in 1943 by Warren McCulloch and Walter Pitts, at the time the first digital computers were being envisaged, and the McCulloch-Pitts model suggested that brain cells communicate in a binary fashion, represented by a "1" dla ostrzału i "0" nie do ostrzelania, tak jak nowoczesne funkcje komputera.

Choć często mówią, że funkcje mózgu ssaków, takich jak komputer, jest to pomysł nieco błędne, w części, ponieważ z obserwacji Traub pracownia sugeruje, że przyczyną luki w rozjazdach "zwarciem" jako część mózgu w normalnych funkcji. Prawdziwy komputer może nie działać, jeśli krótkie circuited. Jest możliwe, że te zwarcia w mózgu ssaków ogólnie wzmocnić mózgu i przystosowaniu do środowiska, np. poprzez pozwolenie twórczego myślenia, łączących pojedyncze fakty na nowe pomysły.

Naukowcy stwierdzili, mocne dowody na nowego typu komunikacji między komórek nerwowych w mózgu. Wyniki mogą mieć znaczenie dla zapobiegania i leczenia padaczki, i ewentualnie w poszukiwania innych aspektów funkcji mózgu, począwszy od twórczego myślenia do zaburzeń psychicznych takich jak schizofrenia.

Padaczka - grupa zaburzeń charakteryzująca się występowaniem powtarzających się napadów spontaniczne - dotyka około jednej połowie jednego procenta populacji USA, a jeszcze wyższy procent w krajach rozwijających się. W około jednej trzeciej pacjentów, napady padaczkowe nie są odpowiednio kontrolowane przez dostępnych metod leczenia. Problemy mogą pojawić się w zdolność pacjentów do funkcjonowania w rodzinie i społeczeństwie.

Napady padaczkowe są zwyczajowo uważane do zachwiania równowagi między odzwierciedlać zdolność komórek nerwowych do emocjonować się wzajemnie, z jednej strony, oraz powstrzymanie się nawzajem, z drugiej strony. Wzbudzania i hamowania mieć miejsce, ponieważ aktywność komórek nerwowych prowadzi do uwolnienia poszczególnych substancji chemicznych - zwanych neuroprzekaźników - na skrzyżowaniach, które są wyspecjalizowane pod nazwą "synapsach chemicznych". Neuroprzekaźników rozproszonych w całej mały odstęp między komórek nerwowych, a następnie wiąże się z białkami (o nazwie "receptorów") w innych komórek nerwowych. W wiążąca neuroprzekaźnik do receptora z kolei powoduje pobudzenie lub hamowanie w innych komórek nerwowych.

Jest to "klasyczne" środki komunikacji między komórek nerwowych, a leży u podstaw większości obecnych zrozumienia, w jaki sposób mózg przetwarza informacje i kontroli mięśni w organizmie .* A zajęcia się, że występują, gdy istnieje zbyt wiele chemicznych synaptycznych wzbudzania i / lub hamowania nie wystarcza.

Istnieje jednak inny środek do komórek nerwowych, aby komunikować się ze sobą, zwane luki skrzyżowaniach. Skrzyżowaniach luki umożliwiają przepływ prądu elektrycznego, aby bezpośrednio z jednej komórki do drugiej, bez prasowa z udziałem dyfuzji nadajnika i chemikaliów, i mogą być traktowane jako "zwarcia" łączącego lub cięcia w całej drogi przez komórki, które normalnie komunikować.

Luki skrzyżowania znajdują się w wielu częściach ciała, takich jak serce. Luki między skrzyżowania nerwów komórki zostały w większości badanych starszych kręgowców (np. ryb) i bezkręgowców (np. kraby i pijawki); dodatkowo, luki w skrzyżowaniach ssaków zostały studiował że istnieją między komórek nerwowych, które wywołują hamowania - to jest między komórek, które nie są zaangażowane głównie w Napady padaczkowe. Luki skrzyżowaniach emocjonalny między komórkami w mózgu ssaków nie mają tradycyjnie strony z myśli neuroscientists.

Jeden źródło idei, że luka skrzyżowaniach były niezwykle ważne w padaczce pochodziła z obserwacji fal mózgowych, które są zapisane prostu przed rozpoczęciem zajęcia: fale te mogą pojawić się w bardzo wysokiej częstotliwości, 100 razy na sekundę lub nawet więcej.

Spostrzeżenie, i inne eksperymenty przeprowadzone w Europie, zaczynając 10 lat temu, doprowadziła jednego z autorów artykułu w PNAS (Roger Traub, w SUNY Downstate) zaproponowanie nowej hipotezy: emocjonalny, że komórki nerwowe - komórki w najbardziej krytycznym generacji Napady padaczkowe - są także luki w połączeniu ze sobą przez skrzyżowania, jest to luka skrzyżowaniach nie są ograniczone do komórek, które wytwarzają hamowanie. Co więcej, luka między skrzyżowaniach emocjonalny komórki były przewidywane, aby wystąpić w niespodziewanym miejscu: w axons z komórek (w axon jest częścią komórki, która pozwala propagacji sygnału na duże odległości).

Taka hipoteza była oczywiście kontrowersyjna. Naukowcy chcieli, aby zobaczyć zaproponowane luki skrzyżowaniach. Jednak są drobny luki skrzyżowaniach, a widząc ich wymaga użycia z mikroskopu elektronowego, instrument w stanie rozwiązać strukturalnych szczegóły, które są mniejsze niż długość fali promieniowania widzialnego - szczegóły na skalę kilkudziesięciu Angstroms (AN angstremów jest w przybliżeniu średnicy z atomu wodoru).

Zastosowanie w mikroskop elektronowy do badania struktur maleńkich komórek nerwowych jest szczególnym interesie Dr Patrick Hof z Mount Sinai School of Medicine, inny z autorów PNAS. Ponadto, w badaniu luki skrzyżowaniach, korzystanie z mikroskopu elektronowego jest często połączone ze chemiczne (przeciwciała) techniki, które pozwalają określić, które z jednej do białka są obecne w obrębie skrzyżowań. Takich technik były pionierem przez Dr. John Wysypka z Colorado State University, a stosowane przez dr Naomi Kamasawa Dr Wysypka w laboratorium: obie są również autorzy artykułu w PNAS.

W PNAS artykuł Hamzei-Sichani et al. stanowi pierwszy mikroskopijne dowody elektronów (lub "ultrastrukturalnych" dowodów) na skrzyżowaniach luki na axons emocjonalny z komórek nerwowych w mózgu ssaków. Luki skrzyżowania na tej stronie, na axons, oczekuje się działać jako zwarć dla sygnałów nerwowych i do produkcji "cross-talk." Nowe dane podniesienia prowokacyjne pytanie, czy cross-talk jest aspekt normalnego mózgu.

Jakie są konsekwencje dla padaczki "Po pierwsze, trzeba się nauczyć na temat dystrybucji luki skrzyżowaniach - komórek nerwowych, co je, gdzie w komórkach są one zlokalizowane, oraz w jaki sposób są one kontrolowane (tj. różnica może rozjazdach być otwarta lub zamknięta przez sygnały chemiczne) "Po drugie, trzeba się nauczyć na temat luki w jaki sposób się do skrzyżowania bardzo szybko fal mózgowych, które mogą zwiastować zajęcia. I wreszcie, musi być ustalana, jeżeli łagodzące lub zapobiegania te bardzo szybko fal mózgowych może zapobiec napadów. Jak to jest praktycznie zawsze w przypadku biomedycyny, każde odkrycie stwarza zapotrzebowanie na więcej eksperymentów.

Co to jest wyraźnie przypadku jednak, że jest zupełnie nowy kierunek jest otwarcie w zrozumieniu pochodzenia padaczki, w poczęciu nowego podejścia do leczenia i zapobiegania.

Ponadto, dr Jeremy Coplan, profesor psychiatrii na SUNY Downstate - zaproponowała, że nadmierne spalanie tych obwodów skrzyżowaniach wzdłuż luki mogą odgrywać rolę w psychozy i manii.

Praca była wykonana wspólnie przez naukowców na SUNY Downstate Medical Center w Brooklyn, Nowy Jork, Colorado State University w Fort Collins, Colorado, Mount Sinai School of Medicine in Manhattan, New York oraz University of Newcastle w Wielkiej Brytanii. Przewód autorem był dr Farid Hamzei-Sichani, AN MD / doktorant na Downstate Centrum Medycznego, pracujących w laboratorium Rogera Traub, MD, profesor fizjologii i farmakologii i Neurologii w SUNY Downstate.