کشف اطلاعات پنهان در جرقههای یکمیلیثانیهای نورونها
هر بار که یک نورون مغزی پیام الکتریکی میفرستد، این پیام معمولاً در دادههای علمی به یک «جرقه» ساده تبدیل میشود: یا سیگنال ایجاد شده یا نشده است. اما پژوهش جدید نشان میدهد شکل همین جرقه کوتاه نیز ممکن است اطلاعاتی درباره آنچه لحظاتی پیش بر نورون گذشته، در خود داشته باشد؛ یافتهای که میتواند نگاه دانشمندان به زبان الکتریکی مغز را تغییر دهد.
به گزارش سیناپرس، نورونها برای انتقال پیام در مغز از پالسهای الکتریکی بسیار کوتاهی به نام «پتانسیل عمل» استفاده میکنند. این پالسها حدود یک میلیثانیه دوام دارند و معمولاً هنگام ثبت فعالیت مغز، بیشتر بهعنوان یک رویداد ساده ثبت میشوند: یک سیگنال ایجاد شده است یا نه.اما پژوهشگران میگویند این شیوه ممکن است بخشی از اطلاعات موجود در پیام را از بین ببرد.
بررسی جدید نشان میدهد پالسهای الکتریکی یک نورون همیشه دقیقاً یک شکل ندارند. ارتفاع، سرعت افت ولتاژ و دیگر ویژگیهای شکل موج میتواند تغییر کند و این تغییرات با ورودیهای الکتریکی اخیر نورون ارتباط داشته باشد.
شکل سیگنال چه چیزی را فاش میکند؟
در آزمایشهای انجامشده روی نورونهای موش، پژوهشگران دریافتند که میتوان بر اساس شکل پالس الکتریکی، نوع تحریک واردشده به نورون را تا حدی تشخیص داد. در یکی از نورونها، یک مدل یادگیری ماشین توانست سه نوع تحریک متفاوت را تنها بر اساس شکل سیگنال با دقت ۷۸.۴ درصد از یکدیگر تفکیک کند.
اما نکته جالبتر این بود که اثر ورودیهای قبلی میتوانست برای مدتی بسیار طولانیتر از خود پالس الکتریکی باقی بماند
پالس عصبی تنها حدود یک میلیثانیه طول میکشد، اما شکل آن میتوانست سرنخهایی از وضعیت الکتریکی نورون در تا حدود نیم ثانیه قبل در اختیار پژوهشگران قرار دهد.به بیان ساده، ممکن است نورون فقط با «فرستادن یک سیگنال» اطلاعات منتقل نکند؛ بلکه شکل سیگنال نیز بخشی از داستان را با خود حمل کند.
آیا مغز از شکل سیگنالها برای ارسال پیام استفاده میکند؟
پژوهش نشان میدهد: شکل پالسهای الکتریکی با ورودیهای اخیر نورون و فعالیت الکتریکی اطراف آن ارتباط دارد، اما هنوز مشخص نیست که آیا نورونها عمداً از این تغییرات برای انتقال اطلاعات به نورونهای دیگر استفاده میکنند یا این تغییرات صرفاً پیامد وضعیت خود سلول هستند.
به گفته پژوهشگران، برای پاسخ به این پرسش باید مشخص شود که تغییر شکل پالس واقعاً چه اثری بر ارتباط میان نورونها میگذارد.این یافته حتی میتواند بر شیوه تفسیر دادههای مغزی نیز اثر بگذارد.
دانشمندان از شکل سیگنالهای الکتریکی برای تشخیص نورونهای مختلف در دادههای ثبتشده استفاده میکنند. اگر یک نورون بتواند در شرایط مختلف پالسهایی با شکلهای متفاوت تولید کند، تشخیص اینکه هر سیگنال دقیقاً متعلق به کدام نورون است، ممکن است پیچیدهتر از تصور قبلی باشد.
پژوهشگران تأکید میکنند که این مطالعه هنوز پیشچاپ و داورینشده است و بخشهایی از آن بر دادههای محدودی تکیه دارد؛ بنابراین برای مشخص شدن میزان گستردگی این پدیده در انواع مختلف نورونها و بخشهای گوناگون مغز، به مطالعات بیشتری نیاز است.
با این حال، یافته جدید یک احتمال جذاب را پیش روی علوم اعصاب قرار میدهد: شاید وقتی فعالیت مغز را فقط به شمارش «سیگنالهای روشن و خاموش» محدود میکنیم، بخشی از زبان واقعی نورونها را از دست میدهیم؛ زبانی که شاید نه فقط در زمانبندی جرقهها، بلکه در شکل آنها نیز نوشته شده باشد.
این پژوهش بهصورت پیشچاپ در پایگاه bioRxiv منتشر شده است.
مرجم:سروش ساده
