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Uno studio pubblicato sulla rivista Science ha rovesciato 80 anni di saggezza convenzionale nella neuroscienza computazionale che ha modellato il neurone come un semplice nodo simile a un punto in un sistema, integrando i segnali e facendoli passare. Questo modello di neurone come integratore, noto anche come modello di neurone "stupido", ha fortemente limitato la concezione di ciò che un neurone è in grado di fare, e quindi come funzionano le reti neuronali e il cervello nel suo insieme.
Ciò non solo ha impedito lo sviluppo di una completa comprensione dell'attività neuronale nelle regioni cerebrali superiori della corteccia, ma ha anche influenzato negativamente l'informatica, limitando in modo significativo lo sviluppo di reti computazionali neuromorfiche perché basate su un modello incompleto. Le indagini empiriche stanno ora suggerendo che gli scienziati rivalutano l'elaborazione delle informazioni neuronali come un sistema molto più complesso, uno che potrebbe non avere parallelismi diretti con le nostre tecnologie computazionali.
La nuova ricerca del professor Matthew Larkum, neuroscienziato presso l'Università di Humboldt, e il suo team hanno scoperto un sistema di elaborazione delle informazioni raramente visto in singoli dendriti di neuroni neocorticali piramidali che utilizza l'elaborazione del segnale graduata con potenziali di azione dendritica mediata dal calcio, al contrario del tipici potenziali di azione "tutto o niente" osservati nel flusso di ioni sodio e potassio. (La corrente elettrica viene condotta attraverso il sistema nervoso, indicato come potenziale d'azione, attraverso il flusso di grandi cationi come sodio, potassio, magnesio e calcio.)
I dendriti sono estensioni protoplasmatiche ramificate della membrana cellulare del neurone. Come un albero che forma rami dal tronco, i dendriti sono arborizatoni del neurone soma che contengono l'architettura sinaptica necessaria per ricevere, elaborare e trasmettere segnali elettrici (dagli assoni dei neuroni adiacenti). In alcune classi di neuroni, ci sono migliaia di dendriti e, sommando tutte le strutture subsinaptiche, un singolo neurone può formare fino a 100.000 connessioni di elaborazione / integrazione del segnale, così estese che durante la modellazione di tale connettività un team di ricerca ha utilizzato una varietà matematica di 11 dimensioni .
Ciò che la recente ricerca ha scoperto è che il dendrite è molto più di un semplice recettore e integratore di segnali. Esiste un'architettura sub-sinaptica complessa che conferisce al dendrite la potenza di elaborazione normalmente attribuita a una rete neuronale multistrato, ovvero solo il dendrite può eseguire calcoli complessi, e quindi la potenza di elaborazione multi-parallelo di un singolo neurone è molto al di là di ciò che era convenzionalmente assunto.
Nel commentare il modello del neurone come semplice integratore, Bartlett Mel, neuroscienziata computazionale presso l'Università della California del sud, ha dichiarato: “È essenzialmente il crollo del neurone in un punto nello spazio. Non aveva alcuna articolazione interna dell'attività. Il modello ha ignorato il fatto che le migliaia di input che fluiscono in un dato neurone sono atterrate in posizioni diverse lungo i suoi vari dendriti. Ignorò l'idea (eventualmente confermata) che i singoli dendriti potessero funzionare diversamente l'uno dall'altro. E ha ignorato la possibilità che i calcoli potrebbero essere eseguiti da altre strutture interne. "
La nuova scoperta conferma una previsione fatta dal gruppo di ricerca scientifica di Torus Tech LLC. Nel mio modello che parla della citocostrettonica molecolare del cervello e del suo ruolo nella coscienza, avevo descritto il nuovo paradigma neurocomputazionale come segue (nota che la mia descrizione dell'elaborazione delle informazioni nel sistema biologico non è nettamente limitata ai neuroni):
"La complessità senza scale associata al sistema biologico in generale, e al neurone in particolare, significa che all'interno di ogni cellula esiste un vero cervello macromolecolare, almeno in termini di complessità strutturale, e forse anche in una certa complessità funzionale —Una gerarchia frattale. Ciò significa che la visione estremamente semplicistica della sinapsi come un singolo bit digitale sta travisando la realtà della situazione — come se dovessimo utilizzare il linguaggio del modello neurocomputazionale, ogni 'unità computazionale' contiene un vero cervello macromolecolare al suo interno. Non esiste una tecnologia informatica o umana ancora equivalente a questa . "
- William Brown, Resonance Academy Grandi domandeCorso, lezione III: il nesso informativo sull'ologramma cellulare | Sentienza e codifica della memoria nei sistemi cellulari e macromolecolari. 2018 .
Il modello descritto nel mio corso The Cellular Hologramic Information Nexus sta essenzialmente dicendo che la potenza di calcolo normalmente attribuita al cervello nel suo insieme è probabilmente contenuta in un singolo neurone. E in effetti, le ricerche più recenti confermano che si sta verificando un'elaborazione delle informazioni a più livelli nei singoli neuroni e che sta solo valutando le strutture sub-sinaptiche del dendrite. Se esteso alle strutture interne delle reti filamentarie di actina, ai cluster di Posner e alla matrice reticolare mitocondriale, che potrebbe operare con principi quantistici per un'elaborazione parallela massiccia, la capacità computazionale di una singola cellula sarà sbalorditiva.
Gordon Shepherd della Yale School of Medicine ha affermato quanto affermava: “Gran parte del potere dell'elaborazione che ha luogo nella corteccia è in realtà una sottosoglia; un sistema a singolo neurone può essere più di un solo sistema integrativo. Può essere a due livelli o anche di più. " In teoria, quasi ogni calcolo immaginabile potrebbe essere eseguito da un neurone con abbastanza dendriti, ciascuno in grado di eseguire la propria operazione non lineare.
Riferimento:
potenziali dendritici di azione e calcolo nei neuroni corticali di strato umano 2/3.
DI ALBERT GIDON, TIMOTHY ADAM ZOLNIK, PAWEL FIDZINSKI, FELIX BOLDUAN, ATHANASIA PAPOUTSI, PANAYIOTA POIRAZI, MARTIN HOLTKAMP, IMRE VIDA, MATTHEW EVAN LARKUM
SCIENCE03 JAN 2020: 83-87
Dendritic mette a disposizione delle potenzialità umane per aumentare le potenzialità umane per aumentare le potenzialità umane.
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