Как развивающиеся нейроны создают «мини-компьютеры» для увеличения вычислительной мощности

Новое исследование на мышах, проведенное Нидерландским институтом нейронаук, показывает, что нейроны создают «мини-компьютеры» на очень раннем этапе жизни, чтобы сделать мозг вычислительно мощным. Исследование опубликовано В журнале я живу.

Для построения функционального мозга требуется, чтобы нейронные цепи были соединены вместе с большой точностью. Ключевыми игроками в этой системе являются ветвящиеся отростки нейронов, называемые дендритами, которые обрабатывают и интегрируют информацию, получаемую от других нейронов.

Ранее вычислительные нейробиологи предположили, что дендритные клетки способны вычислять информацию локально во многих отдельных отсеках внутри одной клетки. Такие «вычислительные подразделения» или «микрокомпьютеры» значительно увеличили бы вычислительную мощность нейронов. Однако до сих пор неизвестно, как нейроны соединяют эти микрокомпьютеры в живом мозге во время развития.

Но что, если бы мы могли наблюдать развитие этих субъединиц в реальной жизни? В новом исследовании команды Кристиана Ломана исследователи изучили вычислительные субъединицы в здоровом развивающемся мозге молодых мышей. Они уже обнаружили, что точки соединения в нервных дендритах или синапсах группируются в соответствии с информацией, которую они передают. Другими словами, соседние синапсы, передающие схожую информацию, группируются в дендритные домены.

Живые записи

«Мы сделали это открытие, записывая покадровые видеоролики отдельных нейрональных дендритов в коре головного мозга живых мышей», — говорит Кристиан Ломанн. «Интересно, что эта сортировка на самом деле происходит до того, как мыши откроют глаза, то есть до того, как они получат визуальную информацию. Здесь мы показываем, что соседние синапсы чаще активны. Когда синапсы расположены дальше друг от друга, они менее активны, и этой спонтанной активности (активности, генерируемой мозгом до открытия глаза), по-видимому, достаточно для сортировки синапсов по доменам и, следовательно, возможно, достаточной. для создания вычислительных подразделений.

Но почему это важно? Эта работа может объяснить, почему определенные ошибки развития могут вызывать нарушения нервного развития. «Чтобы исследовать это дальше, мы хотели бы взглянуть на мышиные модели нарушений нервного развития, чтобы увидеть, отсутствует ли или не изменена ли сортировка синапсов», — говорит Ломанн. «Это подтвердит идею о том, что успешная сортировка синапсов вдоль дендритов необходима для здорового мозга. разработка.» «.

Ответы на этот вопрос помогут нам лучше понять, как развивался наш мозг и как ошибки в эволюции могут повлиять на вычислительные способности мозга. Это также может дать нам новые идеи для создания биологических искусственных нейронных сетей для обработки информации на высоком уровне. «Что меня больше всего интересует, так это то, как конкретно связаны между собой нейроны и как рано это может произойти, ничего не зная о внешнем мире. Удивительно, как мозг может это делать», — заключает Ломанн.

Предоставлено Нидерландским институтом нейронаук – KNAW.