Dendritter er ikke bare passive koblinger

september 13, 2019
Ny forskning har vist at dendritter er mye mer enn bare passive ledninger mellom nevroner. Dendritter genererer faktisk sine egne elektriske signaler. Denne informasjonen kan være utgangspunktet for en nevrovitenskapelig revolusjon.

I mange år har nevrovitenskapen brukt ulike verktøy for å prøve å «lytte» til samtalene mellom nevroner. Akkurat som lingvister prøver å tyde fremmede språk, prøver forskere å tyde nevroners elektroniske impulser. I den forbindelse ser det ut til at dendritter er en essensiell del av moderne nevrovitenskap.

Den nyeste forskningen har vist at nevrovitenskapen kun har sett toppen av isfjellet som er menneskers hjernekapasitet. Forskere ved UCLA oppdaget et skjult lag av nevral kommunikasjon gjennom dendrittene. Dette betyr at hjernens kapasitet kan være opptil 100 ganger større enn det man tidligere har trodd.

Denne oppdagelsen kan endre grunnlaget for konvensjonell nevrovitenskap. For inntil noen måneder siden var nevrovitenskap grunnlagt på troen om at dendritter var passive koblinger. Forskere mente at de bare fraktet elektriske signaler til cellekroppen, også kalt soma. Men denne nye forskningen viser at dendritter er mye mer enn bare passive koblinger. De genererer elektriske signaler i topper som er fem ganger større og hyppigere en nevroner.

Dendritter er viktigere enn tidligere antatt.

Er dendritter intelligente? Hva betyr denne oppdagelsen?

Blant andre ting, betyr det at det er mulig at læring skjer på nivået til dendritter, i motsetning til i soma.

Konvensjonell nevrovitenskap har hevdet at de elektriske signalene cellelegemer avgir er grunnlaget for våre kognitive evner. Nå vet vi imidlertid at dendritter ikke har en passiv funksjon. Faktisk sender de også ut sine egne elektriske signaler.

Forskere oppdaget også at dendritter faktisk er intelligente. Med andre ord, at de er i stand til å tilpasse sine elektriske signaler over tid. Så langt har forskere bare observert denne typen plastisitet i nevronenes soma. Dette tyder på at dendritter kan lære på egenhånd.

Siden dendritter er mye mer aktive enn cellelegemer, kan vi begynne å mistenke at mye av informasjonen som genereres i et nevron, faktisk genereres på nivået til dendrittene. Det vil si at dendritter kan fungere som en dataenhet og behandle informasjonen deres. Dette er et nivå av uavhengighet ingen tidligere mistenkte.

«Det er som å plutselig oppdage at kablene som går til datamaskinens CPU også kan behandle informasjon – helt bisart og ganske kontroversielt.»

-Dr. Mayank R. Mehta-

Hjernens kapasitet

Dr. Mayank R. Mehtas team av forskere utviklet et system for å plassere elektroder i nærheten av dendritter i hjernene på rotter. Dette systemet lar dem fange opp elektroniske signaler fra rottene i løpet av den tiden de er våkne og utfører sine daglige aktiviteter, så vel som når de sover. De var i stand til å lytte til den elektriske aktiviteten til dendrittene over en tidsperiode på fire dager.

Forskerne implanterte elektrodene i rottenes occipitallapp. De konkluderte med at når dyrene sov, lignet de elektriske signalene på uregelmessige bølger. De oppdaget topper i hver av bølgene.

Med andre ord, mens rottene sov, kommuniserte dendrittene. De kommuniserte med elektriske signaler som var opptil fem ganger raskere enn de signalene som kommer fra nevronets cellekropp. Da rottene var våkne, var hastigheten på de elektroniske signalene hele ti ganger raskere.

Dendritter er forbundet med opplevelsen av tid og rom.

Dendritter er her og nå

En annen sjokkerende oppdagelse disse forskerne fant under denne undersøkelsen var typen signal dendrittene sendte ut. Dendritters elektroniske signaler kan være digitale, men de viser også store svingninger, nesten dobbelt så store som selve ryggmargen. Dette betyr at dendritter viser analog aktivitet for databehandling. Dette er noe forskere ikke har sett før i nevroners aktivitetsmønstre.

Hva denne typen dendrittaktivitet beregner, ser ut til å være relatert til tid og rom. Ved å observere rottene etter å ha plassert dem i en labyrint, klarte forskerne å skille mellom to ulike typer signaler. En type kom fra selve cellekroppen, i form av en stigning, som en forventning om atferd. I dette tilfellet kom stigningen rett før rottene gikk rundt et hjørne. I mellomtiden ga dendrittene ut sine signaler akkurat i det rotten rundet hjørnet.

Det kan derfor nå se ut til at nevrovitenskap har undervurdert hjernens evne til å utføre beregninger. Siden dendritter er hundre ganger større enn soma, kan vi anta at hjernen faktisk har hundre ganger mer prosesseringskapasitet. Det virker som om nerveceller ikke lenger er den grunnleggende enheten for beregninger i hjernen.

Moore, J. J., Ravassard, P., Ho, D., Acharya, L., Kees, A., Vuong, C., & Mehta, M. R. (2016). Dynamics of Cortical Dendritic Membrane Potential and Spikes in Freely Behaving Rats. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/096941