健康

大脳皮質シナプスは、後部脳領域のシナプスよりも信号をより確実に送信します

クレジット：Pixabay/CC0パブリックドメイン ライプツィヒ大学のカール・ルートヴィヒ研究所の研究者は、大脳皮質皮質で、脳細胞間のシナプス信号伝達が、脳の後部ではなく、低濃度のカルシウムイオンでも非常に確実に機能することを発見しました。 調査結果は、健康な脳の理解に貢献していますが、たとえばニューラルネットワークの開発など、コンピューター業界にとっても有用であることが証明される場合があります。結果はそうでした 公開 で 科学。 思考、学習、感情 - すべての感覚的知覚は脳で処理されます。人間の脳では、約1,000億神経細胞が相互に関連しています。 ニューロンとして知られるこれらの脳細胞間の稲妻の速い通信は、主に接触点であるシナプスでの信号伝達を介して行われます。これには、送信セルと受信セルの間の小さなギャップを橋渡しする電気化学プロセスの複雑な相互作用が含まれます。 基礎となるメカニズムはよく知られています：簡単に言えば、シナプス信号伝達はいつトリガーされます カルシウムイオン 送信者では、ニューロンは特定のセンサータンパク質に結合し、これにより、ニューロトランスミッターとして知られているメッセンジャーが細胞から放出されます。受信セルは、測定可能な電気信号で応答します。 信号伝送の違い それにもかかわらず、神経細胞のサイズ、シナプスの数、細胞内のカルシウム結合センサータンパク質の特性など、信号伝達に影響を与える可能性のある脳の領域の間には大きな違いがあります。 「私たちはしばらくの間、大脳皮質の伝播は脳の他の地域よりもはるかに信頼性が高いことを知っていました」と、研究を率いた医学部のカール・ルートヴィヒ研究所（CLI）のハートムット・シュミット教授は言います。 皮質は、脳の灰白質としても知られています。これには、さまざまな機能の処理センターが含まれています。 体性感覚皮質。これは、皮質の他の部分に渡される前に、体からの感覚的な印象が前処理される領域です。 センサープロテインが重要な役割を果たします 「現在の研究では、シナプトタグミン1として知られているセンサータンパク質がシナプスおよびトリガーのはるかに低いカルシウム濃度に反応することを発見しました。 信号伝送。これは、たとえば、センサータンパク質シナプトタグミン2とは対照的です。これは、脳の後部の細胞に見られ、25年間研究されています」と生物学者は説明します。 「シナプトタグミン1の特性は、私たちが調べた皮質シナプスがより信頼できるだけでなく、より多くのプラスチックであるという事実に寄与しているようです。 健康な脳のこれらの要因に関する詳細な知識は、脳障害の破壊されたプロセスを特定し、潜在的な治療法を開発するための基盤を提供します。 「しかし、これらの調査結果は、コンピューター業界におけるニューラルネットワークのさらなる開発にも関連する可能性があります」とSchmidt氏は言います。 研究者は、マウスの脳組織を使用して、一次体性感覚皮質の細胞を研究しました。実験シリーズのいくつかの方法を組み合わせました。パッチクランプ技術を使用して、接続されたペアの電気信号を測定しました。 神経細胞。同時に、UVレーザーと2光子レーザー顕微鏡を使用して、シナプスのカルシウム濃度を監視および測定しました。 彼らはまた、独自の方法を開発しました。これにより、軸索として知られている神経細胞の拡張に沿って現在活動している4〜5シナプスを見つけることができます。これら シナプス サイズは約1000分の1ミリだけです。 データに基づいて、研究者は調査中のセンサータンパク質の詳細な数学モデルを開発しました。このモデルは、他の研究グループでも使用できます。現在のフォローアッププロジェクトは、シナプス伝送を、 大脳皮質。 詳細： Grit Bornscheinら、細胞内Ca2+ グルタミン酸作動性新皮質ボトンにおける送信機放出の感度、 科学 （2025）。 doi：10.1126/science.adp0870…