Dendriter: Början på en neurovetenskaplig revolution

22 juni, 2019
Det har kommit ut ny forskning som visar att dendriterna är mer än bara passiva ledare. Dendriter genererar sina egna elektriska signaler. Denna information kan bli början på en hel neurovetenskaplig revolution.

Under många år så har neurovetenskapen använt olika redskap för att försöka ”lyssna” på konversationerna mellan olika neuroner, eller nervceller. Precis som lingvisterna försöker avkoda okända språk så försöker vetenskapsmännen avkoda neuronala avfyrningsmönster. I detta fall verkar det som att dendriterna har blivit väldigt viktiga inom neurovetenskapen. Det är en neurovetenskaplig revolution!

Den senaste forskningen har visat att neurovetenskapen bara har skrapat på ytan när det gäller hjärnans förmåga. UCLA upptäckte ett gömt lager med neuronal kommunikation via dendriterna. Detta innebär att hjärnans kapacitet kan vara upp till 100 gånger större än man tidigare trott.

Denna upptäckt kan ändra grunden när det gäller den konventionella neurovetenskapen. Fram tills för några månader sedan så var neurovetenskapen baserad på uppfattningen att dendriterna bara var passiva kretsar. Forskarna trodde att de bara förde med sig elektriska signaler till cellkropparna, även kallade soma. Men denna forskning visade att dendriterna är mycket mer än bara passiva ledare. De genererar elektriska signaler som är fem gånger större och mer frekventa än neuronernas.

Neuroner i hjärnan.

Vad innebär en sådan neurovetenskaplig revolution?

Det är bl.a. möjligt att inlärningen uppstår på dendriternas nivå istället för i soman.

Den konventionella neurovetenskapen har hävdat att de elektriska signaler som cellkropparna sänder ut är grunden för våra kognitiva förmågor. Vi vet dock nu att dendriterna inte har en passiv funktion. Faktum är att de också sänder ut sina egna elektriska signaler.

Forskarna upptäckte också att dendriterna är intelligenta. Med andra ord kan de anpassa sina elektriska signaler över tid. Än så länge så har forskarna bara observerat denna typ av plasticitet i nervcellskroppar. Detta antyder att dendriterna kan lära sig själva.

Då dendriterna är mycket mer aktiva än cellkropparna så kan man misstänka att mycket av den information som genereras i en neuron uppstår på dendriternas nivå. Med andra ord kan dendriterna verka som beräkningsenheter och processa deras information. Det är en självständighet som man inte tidigare har varit medveten om.

”Det är som att man plötsligt upptäckt de kablar som leder till datorns processor också kan processa information – väldigt bisarrt och något kontroversiellt.”
-Dr. Mayank R. Mehta-

Hjärnans förmåga

Dr. Mayank R. Mehtas forskningslag kom på ett system för att placera elektroder nära råttors dendriter. Detta system låter dem fånga in elektriska signaler från djuret under den tid då de är vakna och utför sina dagliga aktiviteter, samt då de sover. De kunde lyssna på dendriternas elektriska aktivitet i fyra dagar i sträck.

Forskarna placerade in elektroder i hjässloben. De slog fast att då djuren sov så påminde de elektriska signalerna om oregelbundna vågor. De upptäckte toppar i var och en av vågorna.

Med andra ord så kommunicera dendriterna då råttorna sov. De gjorde detta med elektriska impulser som var upp till fem gånger snabbare än cellkropparnas. Då de var vakna så var avfyrningsmönstren tio gånger snabbare.

Bild på hjärnan.

En neurovetenskaplig revolution: dendriterna och här och nu

En annan chockerande sak som forskarna upptäckte under denna undersökning hade att göra med den typ av signal som dendriterna sände ut. Dendriternas elektriska signaler kunde vara digitala, men de visade även stora fluktueringar, nästan två gånger så stora som själva ryggradens. Detta innebär att dendriterna visade analog beräkningsaktivitet. Detta är något som vetenskapsmännen inte hade sett förutom inom neuronala aktivitetsmönster.

Det som dessa sändningar beräknar verkar vara relaterat till tid och rymd. Genom att observera råttor i en labyrint kunde forskarna skilja mellan två olika typer av signaler. En kom från cellkroppen i form av en topp, som en förväntan att ett visst beteende ska uppstå. I det här fallet så hände det precis innan råttorna vände i ett hörn. Samtidigt så skickade dendriterna ut sina signaler precis då djuret vände i hörnet.

Det verkar som att neurovetenskapen har underskattat hjärnans beräkningskraft. Då dendriterna är hundra gånger större än soman så kan vi anta att hjärnan har hundra gånger större beräkningskraft. Det verkar som att neuronerna inte längre är de grundläggande beräkningsenheterna i hjärnan.

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