Gesundheit

Gehirn verwalten Neuronen wie Fluglotsen verwalten Flugzeug Bewegungen

Fluglotsen überwachen die Bewegungen von tausenden von Flügen—unter Berücksichtigung der Arten des Flugzeugs und der Fracht—Destinationen in Echtzeit. So gut, um richtig zu koordinieren, Ankünfte und abreisen, Flugzeuge Geschwindigkeiten müssen ständig angepasst. Ohne diese ständige Kontrolle die Einhaltung der klaren navigation-Regeln, chaos würde erobern den Luftraum.

Meine Forschung in der Neurophysiologie und den Neurowissenschaften hat mir gezeigt, wie das Gehirn ist eine reiche und komplexe biologische system. Jeden Tag steht es vor der gleichen situation wie ein air traffic controller, aber auf einem völlig anderen Maßstab: es hat die Verwaltung der unaufhörliche Verkehr von Signalen, die zwischen Milliarden von Neuronen und koordinieren Ihr Tempo ständig.

Wie funktioniert das Gehirn, dies zu tun?

Die meisten des Volumens unseres Gehirns ist besetzt durch Drähte, genannt Axone, welche die form eines komplexen Netzwerks mit dem Namen white matter. Wie ein Labyrinth airways verknüpfen Städten auf der ganzen Welt, der weißen Substanz ist zuständig für die Kommunikation und Koordination zwischen den verschiedenen Bereichen, in denen Populationen von Neuronen, die Informationen verarbeiten. Diese Bereiche befinden sich in verschiedenen teilen des Gehirns, manchmal einander nah, manchmal weit entfernt: dies ist das Prinzip des verteilten Rechnens.

Je schneller, desto besser!

Die Steuerung des Datenverkehrs im Gehirn ist von entscheidender Bedeutung—je schneller die Informationen Reisen durch das Gehirn, desto effizienter können die verschiedenen Bereiche des Gehirns zusammenarbeiten zu ermöglichen, das ordnungsgemäße funktionieren von Gedächtnis und andere Aspekte der Kognition.

Zu behaupten, diese unaufhörlichen Verkehr, spezialisierte Zellen, die sogenannten oligodendrozyten fungieren als Lotsen durch welche die Axone mit einer Substanz namens myelin. Dieses myelin ist ein lipid – (oder Fett) – Isolator, in dem eine charakteristische blasse Farbe, daher der name „weiße Materie“. Es erlaubt die elektrischen Signale von Neuronen, die lange Strecken zurücklegen, ohne zu verlangsamen oder verlieren an Intensität. Allerdings myelin bietet auch einen Vorteil Informationen übergeben durch weiße Substanz: es ermöglicht die Signale pünktlich, weder zu früh noch zu spät.

Heute wissen wir, dass wegen seiner Plastizität, die Geographie des Gehirns verändert sich ständig. Allerdings, Forschung, veröffentlicht in den letzten Jahren haben gezeigt, dass die weiße Substanz Veränderungen, die nicht nur während der Entwicklung sondern auch adaptiv später, zum Beispiel während des Lernens.

Die Regeln der neuronalen Verkehr

Diese Art von Plastizität beobachtet worden, die hauptsächlich in den Synapsen der grauen Substanz. Es hat sich nun gezeigt, dass die Struktur der weißen Substanz ständig anpasst und sich neu organisiert. Durch diese form der Plastizität, genannt adaptive myelination, die Struktur und die Eigenschaften der weißen Substanz optimiert werden. Als Ergebnis, die Kommunikation zwischen Neuronen wird auch dann beibehalten, wenn das Gehirn die Größe, die Aktivität und die Anschlüsse ändern. In der Tat, oligodendrozyten können passen Sie die Menge an myelin zu beschleunigen oder zu verlangsamen die Ausbreitung von Signalen und stabile neuronale Menschenhandel.

Aber wie der weißen Substanz und Ihrer glialen Zellen anpassen, sich zu stabilisieren neuronalen Verkehr und erreichen diese unglaubliche Koordination Herausforderung?

Diese Frage, wie viele über Gliazellen, ist schwer zu beantworten, die mit herkömmlichen bildgebenden Methoden, aber es ist von grundlegender Bedeutung für ein besseres Verständnis von neurodegenerativen Erkrankungen. Ein Beispiel ist die multiple Sklerose, die bewirkt, dass das myelin dünner und führt zu einer systemischen Fehlentwicklung der Informationsfluss im Gehirn, verursachen erhebliche kognitive und Motorische Störungen.

Koordinierte neuronale Aktivität

Einer aktuellen interdisziplinären Studie liefert ein besseres Verständnis der Regeln für die Kontrolle der neuronalen Verkehr in der weißen Substanz. Es ist wichtig zu beachten, dass die Neuronen-Aktivität—eine Reihe von Morse-code-wie Impulse—ist nicht zufällig. Vielmehr Neuronen dazu neigen, zu aktivieren, in Gruppen und synchronisieren Sie Sie, generieren von Wellen oder Schwingungen genannt Gehirn-Rhythmen. Forscher glauben, dass, um miteinander zu kommunizieren, verschiedene Bereiche des Gehirns müssen in der Lage sein, zu richten und zu koordinieren, diese Rhythmen.

Neue Ergebnisse aus human brain imaging-Daten, kombiniert mit den mathematischen Modellen zeigen, dass die weiße Substanz sich neu organisiert, die Optimierung der Ausrichtung dieser Rhythmen. Um dies zu tun, es steuert die Geschwindigkeit, mit der diese Wellen breiten sich durch weißen Substanz durch einstellen der Menge an myelin vorhanden.

Oligodendrozyten daher passen die Leitfähigkeit der Axone reagieren zu können, effektiv auf veränderte neuronale Verkehr Anforderungen und koordiniert die Abstimmung zwischen den Oszillationen in verschiedenen teilen des Gehirns. Sie sind echte zelluläre Fluglotsen!

Auch die Kranken Gehirn verwaltet

Ein weiteres überraschendes Ergebnis ist, dass die plastischen Eigenschaften der weißen Substanz scheinen auch, damit das Gehirn anzupassen, trotz der Anwesenheit von Krankheit oder Verletzung. In der Tat, es hat sich gezeigt, dass die weiße Substanz, zu reorganisieren, in Anwesenheit von Schaden zu bewahren, Kommunikation und Synchronisation zwischen Neuronen, auch wenn verbindungen werden entweder nicht vorhanden oder beschädigt ist, zum Beispiel in der Anwesenheit von Krebs.

Einige Experimente an Tieren haben gezeigt, dass die Verhinderung der Gliazellen von der Anpassung in der Gegenwart von Verletzungen-Grenzen-recovery und führt dazu, dass viele der kognitiven und Verhaltensprobleme.