Accoppiamento citoelettrico: campi elettrici fini

Riepilogo: Gli scienziati presentano un'ipotesi denominata "Accoppiamento citoelettrico" che suggerisce che i campi elettrici all'interno del cervello possono manipolare i componenti subcellulari neuronali, ottimizzando la stabilità e l'efficienza della rete. Propongono che questi campi consentano ai neuroni di sintonizzare la rete di elaborazione delle informazioni fino al livello molecolare.

In confronto, questo processo è simile a quello in cui le famiglie organizzano la propria configurazione TV per un’esperienza visiva ottimale. La teoria, aperta alla sperimentazione, potrebbe migliorare significativamente la nostra comprensione del funzionamento interno del cervello.

Aspetti principali:

Fonte:Istituto Picower per l'apprendimento e la memoria

Per produrre le sue numerose funzioni, compreso il pensiero, il cervello lavora su molti livelli. Informazioni come obiettivi o immagini sono rappresentate da un'attività elettrica coordinata tra reti di neuroni, mentre all'interno e attorno a ciascun neurone un mix di proteine ​​e altre sostanze chimiche esegue fisicamente i meccanismi di partecipazione alla rete.

Un nuovo articolo di ricercatori del MIT, della City-University di Londra e della Johns Hopkins University presuppone che i campi elettrici della rete influenzano la configurazione fisica dei componenti subcellulari dei neuroni per ottimizzare la stabilità e l'efficienza della rete, un'ipotesi che gli autori chiamano " Accoppiamento citoelettrico."

"Le informazioni che il cervello sta elaborando hanno un ruolo nel mettere a punto la rete fino al livello molecolare", ha affermato Earl K. Miller, Picower Professor presso il Picower Institute for Learning and Memory del MIT, coautore dell'articolo su Progress in Neurobiologia con il Professore Associato Dimitris Pinotsis del MIT e della City-University of London, e con il Professor Gene Fridman della Johns Hopkins.

"Il cervello si adatta a un mondo che cambia", ha detto Pinotsis. "Anche le sue proteine ​​e molecole cambiano. Possono avere cariche elettriche e hanno bisogno di mettersi al passo con i neuroni che elaborano, immagazzinano e trasmettono informazioni utilizzando segnali elettrici. Sembra necessario interagire con i campi elettrici dei neuroni."

Pensare nei campi

Uno degli obiettivi principali del laboratorio di Miller è studiare come le funzioni cognitive di livello superiore, come la memoria di lavoro, possano emergere in modo rapido, flessibile e tuttavia affidabile dall'attività di milioni di singoli neuroni.

I neuroni sono in grado di formare dinamicamente circuiti creando e rimuovendo connessioni, chiamate sinapsi, nonché rafforzando o indebolendo tali giunzioni. Ma ciò costituisce semplicemente una “tabella di marcia” attorno alla quale le informazioni potrebbero fluire, ha affermato Miller.

I circuiti neurali specifici che rappresentano collettivamente un pensiero o un altro, ha scoperto Miller, sono coordinati da un'attività ritmica, più colloquialmente nota come "onde cerebrali" di diverse frequenze.

I ritmi "gamma" veloci aiutano a trasmettere le immagini dalla nostra visione (ad esempio un muffin), mentre le onde "beta" più lente potrebbero trasportare i nostri pensieri più profondi su quell'immagine (ad esempio "troppe calorie").

Se opportunamente cronometrate, le esplosioni di queste onde possono trasportare previsioni, consentire di scrivere, trattenere e leggere informazioni nella memoria di lavoro, ha dimostrato il laboratorio di Miller. Si rompono quando lo fa anche la memoria di lavoro.

Il laboratorio ha riportato prove che il cervello potrebbe manipolare distintamente i ritmi in specifiche posizioni fisiche per organizzare ulteriormente i neuroni per una cognizione flessibile, un concetto chiamato “Spatial Computing”.

Altri lavori recenti del laboratorio hanno dimostrato che, mentre la partecipazione dei singoli neuroni all’interno delle reti può essere volubile e inaffidabile, l’informazione trasportata dalle reti di cui fanno parte è stabilmente rappresentata dai campi elettrici complessivi generati dalla loro attività collettiva.

Accoppiamento citoelettrico

Nel nuovo studio, gli autori combinano questo modello di attività elettrica ritmica che coordina le reti neurali con altre linee di prova che i campi elettrici possono influenzare i neuroni a livello molecolare.

I ricercatori, ad esempio, hanno studiato l'accoppiamento efaptico, in cui i neuroni influenzano le reciproche proprietà elettriche attraverso la vicinanza delle loro membrane, anziché basarsi esclusivamente sugli scambi elettrochimici attraverso le sinapsi. Questa diafonia elettrica può influenzare le funzioni neurali, incluso quando e se si attivano per trasmettere segnali elettrici ad altri neuroni in un circuito.