nouă înţelegere a neuron de semnalizare

Clasicul model de cum celulele creierului comunica a fost de a-şi încorda în 1943 de către Warren McCulloch şi Walter Pitts, în momentul în care primul digital de computere au fost avute în vedere, McCulloch şi Pitts-model, care a sugerat ca celulele creierului comunica într-un mod binar, reprezentat de un "1" pentru tragere şi un "0" pentru nu trageti, de mult ca o moderne funcţii de computer.

În timp ce este comună pentru a spune că un creier de mamifere funcţii ca un computer, asta este o idee oarecum defect, în parte, pentru că de observare de la Traub de laborator sugerează că decalajul jonctiuni cauza "circuitul scurt", ca parte a creierului normal funcţii. Un adevarat calculator nu poate funcţiona în cazul în care acesta circuited scurt. Este posibil ca aceste circuite scurte la mamifere în creier în general spori funcţiei cerebrale şi de adaptare la mediu, cum ar fi de gandire creativa care permite, de combinarea în faptele izolate de noi idei.

Cercetătorii au descoperit dovezi solide pentru un nou tip de comunicare între celulele nervoase din creier. Concluziile pot avea relevanţă pentru prevenirea şi tratamentul epilepsiei, şi, posibil, în explorare de alte aspecte ale funcţiilor creierului, de la creatie pentru a crezut că procesele de boli mentale, cum ar fi schizofrenia.

Epilepsie - un grup de tulburări se caracterizează prin apariţia recurente de convulsii spontane - afectează aproximativ o jumătate de o sută din populaţia SUA, şi încă un procent mai mare în ţările în curs de dezvoltare. În aproximativ o treime din pacienţi, convulsii nu sunt controlate în mod corespunzător de către disponibile tratamente. Probleme pot apărea în capacitatea de a funcţiona la pacienţii acasă şi în societate.

Epileptic convulsii sunt considerate de obicei, pentru a reflecta un dezechilibru între capacitatea de celulele nervoase pentru a sensibiliza una cu alta, pe de o parte, şi de a inhiba reciproc, pe de altă parte. De excitaţie şi inhibiţie avea loc, pentru că activitatea de celulele nervoase conduce la eliberarea de substanţe chimice special - numit neurotransmitters - jonctiuni de specialitate, la care sunt numite "sinapse chimice". Neurotransmitters difuze, de peste un mic spaţiu între celulele nervoase, şi apoi se leagă de proteine (numite "receptori") de pe alte celulele nervoase. Obligatorii a unui neurotransmitter receptorilor de la o la rândul lor, cauzele de excitaţie sau de inhibare în alte celulele nervoase.

Aceasta este "clasic" mijloace de comunicare între celulele nervoase, şi se află la baza de cele mai multe curente de înţelegere a modului în care procesele de informaţii cerebral şi de controale de muschi din organism .* Un atac de apoplexie se presupune să apară atunci când există prea mult sinaptică chimică excitaţie, şi / sau nu suficient de inhibare.

Există, totuşi, un alt mijloc pentru celulele nervoase pentru a comunica una cu cealaltă, denumit decalaj jonctiuni. Gap jonctiuni permite de a fluxului de curent electric direct de la o celulă la alta, fără implică eliberarea de emiţător şi de difuzie a substanţelor chimice, şi poate fi crezut ca de "circuite scurte" de legătură sau de tăiere de pe căi prin care comunică în mod normal, celulele.

Gap jonctiuni sunt găsite în multe părţi ale corpului, cum ar fi inima. Gap jonctiuni între celulele nervoase au fost studiate în cele mai multe vertebrate mai vechi (cum ar fi peşti) şi nevertebrate, în (cum ar fi lipitori şi crabi); în plus, decalajul în jonctiuni mamifere au fost studiate care există între celulele nervoase care produc inhibarea - este că, între celule care nu sunt implicate în principal, epileptici crize. Decalaj între jonctiuni excitatory celule de mamifere creierul în mod tradiţional, nu au fost parte a neuroscientists de gândire.

Într-o sursă de la ideea că decalajul jonctiuni au fost deosebit de important în epilepsie venit de la observaţiile de creier valuri care sunt înregistrate doar o criză înainte de începe: poate să apară aceste valuri la frecvenţe foarte mari, de 100 de ori pe secundă sau chiar mai mult.

Asta de observare, şi alte experimente efectuate în Europa, incepand 10 de ani în urmă, a condus unul dintre autorii de PNAS articol (Roger Traub, de la Downstate Suny) de a propune un roman de ipoteză: excitatory că celulele nervoase - de cele mai multe celule critice în generaţie de epileptic convulsive - sunt, de asemenea, cuplate împreună cu jonctiuni gap; că este, decalajul jonctiuni nu sunt limitate la celulele care produc inhibarea. Mai mult, decalajul între jonctiuni excitatory celule au fost prezis de a apărea la un loc neaşteptat: de axons de celule (de axon este partea din celulă, care permite un semnal de raspandire pe distante lungi).

O astfel de ipoteză a fost natural controversat. Oamenii de ştiinţă a vrut să vezi aceste jonctiuni gap propuse. Dar golul jonctiuni sunt mici, le văd şi necesită utilizarea unui microscop de electroni, de un instrument pentru a putea rezolva structurale de detalii care sunt mai mici decât în lungime de undă de lumină vizibile - detalii cu privire la scară de zeci de Angstroms (Angstrom este un diametru de aproximativ dintr-un atom de hidrogen).

Aplicarea de electroni microscop pentru a examina structurile de mică, în celulele nervoase este un interes special al Dr. Patrick Hof de la muntele Sinai Scoala de Medicina, de la un alt PNAS autorilor. Mai mult, in studiu de decalaj jonctiuni, utilizarea de microscop de electroni este adesea alaturat cu chimice (anticorpi) tehnici care permite de a determina care sunt prezente proteine în cadrul jonctiuni. Astfel de tehnici au fost pioneered de Dr. John Erupţii cutanate Universitatea de Stat din Colorado, şi aplicate de către Dr. Naomi Kamasawa în a Erupţii cutanate Dr. laborator: ambele sunt, de asemenea, autori de PNAS articol.

PNAS de articol de Hamzei-Sichani et al. prevede în primul electron microscopic dovezi (sau "ultrastructurale" dovezi) pentru decalaj de pe jonctiuni axons de excitatory celulele nervoase din creier de mamifere. Gap jonctiuni la acest site, pe axons, ar fi de aşteptat să acţioneze în calitate de circuite scurte pentru semnale nervoase pentru a produce şi de "eco-vorbim." Noile date de provocatoare ridica întrebarea dacă eco-vorbesc este un aspect al funcţiei cerebrale normale.

Care sunt implicaţiile pentru epilepsie "În primul rând, mai trebuie să fie învăţat despre decalajul de distribuţie de jonctiuni - celulele nervoase ce-i au, în cazul în care pe de celule sunt situate acestea, şi cum acestea sunt controlate (adică decalajul jonctiuni poate fi deschis sau închis de semnale chimice) "În al doilea rând, mai trebuie să fie exact aşa cum au aflat despre decalajul jonctiuni contribuie la creier foarte repede valuri care pot prezice o criză. Şi în final, acesta trebuie să fie determinat dacă attenuating sau prevenirea acestor valuri foarte repede creier pot preveni crizele. Ca practic este întotdeauna cazul în biomedicina de bază, fiecare descoperire creează nevoia de mai multe experimente.

Ce este cazul în mod clar, totuşi, este că o nouă direcţie este deschiderea în înţelegere cu origini de epilepsie, şi în conceperea de noi abordări pentru tratamentul şi prevenirea.

În plus, Dr. Jeremy Coplan, profesor de psihiatrie de la Downstate Suny - a propus ca excesiv de tragere a lungul acestor circuite de jonctiuni gap pot juca un rol în psihoză şi mania.

De lucru a fost efectuat în comun de către oamenii de ştiinţă de la Downstate Suny Centrul Medical în Brooklyn, New York; Colorado Universitatea de Stat din Fort Collins, Colorado; muntele Sinai Scoala de Medicina din Manhattan, New York; şi de la Universitatea din Newcastle, în Regatul Unit. De plumb a fost de autor Dr. Ini Ghidirmic Hamzei-Sichani, un MD / PhD student de la Downstate Centrul Medical, de lucru în laborator de Roger Traub, MD, profesor de fiziologie şi farmacologie şi de neurologie de la Downstate Suny.