細胞電結合: 微細な電場

まとめ：科学者らは、脳内の電場がニューロンの細胞内成分を操作し、ネットワークの安定性と効率を最適化できることを示唆する「細胞電結合」と名付けられた仮説を発表している。 彼らは、これらの場によりニューロンが情報処理ネットワークを分子レベルまで調整できるようになると提案しています。

比較的、このプロセスは、家庭が最適な視聴体験を実現するためにテレビの設定を調整することに似ています。 この理論はテストに向けて公開されており、脳の内部の仕組みについての理解を大幅に高める可能性がある。

重要な事実:

ソース：ピコワー学習記憶研究所

思考を含む多くの機能を生み出すために、脳はさまざまなスケールで働きます。 目標やイメージなどの情報は、ニューロンのネットワーク間の調整された電気活動によって表現されますが、各ニューロンの内部および周囲では、タンパク質と他の化学物質の混合物がネットワークに参加するメカニズムを物理的に実行します。

MIT、ロンドン大学シティ、ジョンズ・ホプキンス大学の研究者らによる新しい論文は、ネットワークの電場がニューロンの細胞内コンポーネントの物理的構成に影響を与え、ネットワークの安定性と効率を最適化すると仮定しており、著者らはこの仮説を「細胞電結合。」

「脳が処理している情報は、ネットワークを分子レベルまで微調整する役割がある」と、進行中の論文の共著者であるマサチューセッツ工科大学ピコワー学習記憶研究所のピコワー教授アール・K・ミラー氏は語る。 MIT およびロンドン大学シティのディミトリス・ピノシス准教授、およびジョンズ・ホプキンスのジーン・フリッドマン教授とともに神経生物学の博士号を取得しました。

「脳は変化する世界に適応します」とピノシス氏は言う。 「そのタンパク質や分子も変化します。それらは電荷を持つ可能性があり、電気信号を使用して情報を処理、保存、伝達するニューロンに追いつく必要があります。ニューロンの電場との相互作用が必要であるようです。」

フィールドで考える

ミラー氏の研究室の主な焦点は、作業記憶などの高次の認知機能が、数百万個の個々のニューロンの活動からどのようにして迅速かつ柔軟に、かつ確実に発現できるかを研究することです。

ニューロンは、シナプスと呼ばれる接続を作成したり削除したり、それらの接続を強化したり弱めたりすることによって、動的に回路を形成することができます。 しかし、それは単に情報が流れる「ロードマップ」を形成するだけだとミラー氏は言う。

ミラー氏は、何らかの思考を集合的に表す特定の神経回路が、異なる周波数の「脳波」として知られるリズミカルな活動によって調整されていることを発見した。

速い「ガンマ」リズムは、私たちの視覚からイメージ（例えばマフィン）を伝えるのに役立ちますが、より遅い「ベータ」波はそのイメージについてのより深い考え（例えば「カロリーが多すぎる」）を伝える可能性があります。

適切なタイミングでこれらの波のバーストが予測を伝えることができ、作業記憶に情報を書き込み、保持し、読み出すことが可能になることが、ミラー氏の研究室によって示された。 作業記憶が壊れるときにも壊れます。

同研究室は、脳が特定の物理的位置のリズムを明確に操作して、ニューロンをさらに組織化して柔軟な認知を実現する可能性があるという証拠を報告した。この概念は「空間コンピューティング」と呼ばれる。

同研究室の他の最近の研究では、ネットワーク内での個々のニューロンの参加は気まぐれで信頼性が低いかもしれないが、それらが属しているネットワークによって運ばれる情報は、それらの集団活動によって生成される全体的な電場によって安定して表現されることが示されている。

細胞電結合

新しい研究で著者らは、ニューラルネットワークを調整するリズミカルな電気活動のこのモデルを、電場が分子レベルでニューロンに影響を与える可能性があるという他の一連の証拠と組み合わせた。

たとえば、研究者らは、ニューロンがシナプス間の電気化学的交換のみに依存するのではなく、膜の近接性を介して互いの電気的特性に影響を与える、ファプティック結合を研究している。 この電気クロストークは、回路内の他のニューロンに電気信号を中継するためにいつスパイクするかどうかなど、神経機能に影響を与える可能性があります。

ミラー、ピノシス、フリッドマンはまた、神経の発達が磁場によってどのように導かれ、微小管が磁場によって整列できるかなど、細胞とその構成要素に対する他の電気的影響を示す研究についても引用している。

脳が電場で情報を運び、その電場がネットワークを形成する脳内のニューロンやその他の要素を構成できる場合、脳はこの機能を使用する可能性があります。 脳はフィールドを使用して、ネットワークが本来の動作を確実に実行できると著者らは示唆しています。

（大まかに）カウチポテト用語で言えば、テレビ ネットワークの成功は、何百万もの家庭に明確な信号を送信できるというだけではありません。 また重要なのは、各視聴者の家庭が体験を最大限に高めるためにテレビ、サウンド システム、リビング ルームの家具を配置する方法と同じくらい細かい点です。

この比喩と脳の両方において、ネットワークの存在は、個々の参加者が最適に参加できるように独自のインフラストラクチャを構成する動機になるとミラー氏は述べています。

著者らは論文の中で、「細胞電結合は、中視的レベルと巨視的レベルの情報を、記憶の分子基盤であるタンパク質の微視的レベルにまで結びつける」と述べている。

この記事では、細胞電結合を刺激するロジックが説明されています。 「私たちは誰でも検証できる仮説を提案している」とミラー氏は語った。

資金提供:この研究への支援は、英国研究イノベーション（UKRI）、米国海軍研究局、JPB財団、およびピコワー学習記憶研究所から行われた。

著者：デビッド・オレンスタインソース：ピコワー学習記憶研究所接触：デビッド・オレンスタイン – Picower Institute for Learning and Memory画像：画像は Neuroscience News にクレジットされています

独自の研究:オープンアクセス。「細胞電結合: 電場は神経活動を彫刻し、脳のインフラストラクチャを「調整」する」Earl K. Miller et al. 神経生物学の進歩

抽象的な

細胞電結合: 電場は神経活動を彫刻し、脳のインフラストラクチャを「調整」します

私たちは、細胞電気結合仮説の収束する証拠を提案し、提示します。ニューロンによって生成される電場は、細胞骨格のレベルにまで因果関係があります。

これは、電気拡散と機械変換、および電気エネルギー、位置エネルギー、化学エネルギー間の交換によって達成される可能性があります。 エファプティック結合は神経活動を組織化し、マクロスケールレベルで神経アンサンブルを形成します。

この情報はニューロンレベルに伝播してスパイクに影響を与え、分子レベルにまで伝播して細胞骨格を安定させ、より効率的に情報を処理するように細胞骨格を「調整」します。

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