Dendriitit: neurotieteen vallankumouksen alku

3.8.2019
Uudessa tutkimuksessa on osoitettu, että dendriitit ovat muutakin kuin vain passiivisia johtimia. Dendriitit luovat oman sähköisen signaalinsa. Tämä tieto voi toimia koko neurotieteen vallankumouksen alkupisteenä.

Neurotiede on käyttänyt monien vuosien ajan eri apuvälineitä yrittääkseen ”kuunnella” neuronien välisiä keskusteluja. Aivan kuten kielitieteilijät yrittävät tulkita vieraita kieliä, yrittävät tutkijat avata hermoston kaavoja. Vaikuttaa siis siltä, että dendriitit ovat nykyään erittäin tärkeä osa neurotiedettä.

Viimeisin tutkimus on osoittanut, että neurotiede on vain raaputtanut aivojen kapasiteetin pintaa. UCLA huomasi piilotetun hermostokommunikoinnin kerroksen dendriittien avulla. Tämä tarkoittaa sitä, että aivojen kapasiteetti voi olla jopa sata kertaa suurempi kuin mitä aikaisemmin uskoimme.

Tämä löydös voi muuttaa perinteisen neurotieteen perustukset. Neurotiede perustettiin siihen uskomukseen, että dendriitit olivat passiivisia johtimia. Tiedemiehet uskoivat, että ne kantoivat vain sähköisiä signaaleja solun kehoon, somaan. Mutta tämä tutkimus osoitti, että dendriitit ovat muutakin kuin vain passiivisia johtimia. Ne luovat sähköisiä signaaleja huipuissa, jotka ovat viisi kertaa suurempia ja säännöllisempiä kuin neuronit.

dendriitit

Mitä tämä löydös tarkoittaa?

On mahdollista, että oppimista tapahtuu dendriittien tasolla soman sijaan.

Perinteinen neurotiede on väitellyt siitä, että sähköiset signaalit, joita somat lähettävät, ovat kognitiivisten kykyjen perusta. Nyt kuitenkin tiedämme, että dendriiteillä ei ole passiivista toimintoa. Itse asiassa ne myös lähettävät omia sähköisiä signaaleja.

Tutkijat huomasivat myös, että dendriitit ovat älykkäitä. Toisin sanoen ne pystyvät omaksumaan sähköisen signaalinsa ajan kuluessa. Tähän mennessä tutkijat ovat tarkkailleet tällaista plastisuutta vain hermoston solurakenteissa. Tutkimus viittaakin siihen, että dendriitit voisivat oppia itse.

Koska dendriitit ovat paljon aktiivisempia kuin somat, voimme alkaa epäillä, että suuri osa neuronissa luodusta tiedosta sijaitsee dendriitin tasolla. Dendriitit voivat siis toimia tietoyksikkönä ja prosessoida tietoaan. Se on itsenäisyyttä, jollaista emme arvanneet olevan olemassa.

”Se on aivan kuin yhtäkkiä havaitsisit, että tietokoneesi prosessoriin johtavat johdot voivat myös prosessoida tietoa – täysin kummallista ja jollakin tapaa ristiriitaista.”

-Tohtori Mayank R. Mehta-

Aivojen kapasiteetti

Tohtori Mayank R. Mehtan tutkimustiimi loi järjestelmän, jossa elektrodeja laitettiin lähelle rotan dendriittejä. Tämä järjestelmä sai ne vangitsemaan eläimen sähköiset signaalit rotan valveillaolon aikana ja päivittäisiä aktiviteetteja suorittaessa sekä rotan nukkuessa. He pystyivät kuuntelemaan dendriittien sähköisiä signaaleja neljän peräkkäisen päivän ajan.

Tutkijat istuttivat elektrodeja takaraivolohkoon. He tulivat siihen lopputulokseen, että kun eläimet nukkuivat, muistuttivat sähköiset signaalit epäsäännöllisiä aaltoja. He havaitsivat huippuja jokaisessa sähköaallossa.

Toisin sanoen, kun rotat nukkuivat, dendriitit kommunikoivat. Niin tehtiin myös sähköpulssien kanssa, jotka olivat viisi kertaa somaa nopeammat.

aivot

Dendriitit ja nykyhetki

Toinen järkyttävä asia, jonka tutkijat huomasivat tämän tutkimuksen aikana oli dendriittien luoman signaalin tyyppi. Dendriitin sähköiset signaalit voivat olla digitaalisia, mutta ne myös osoittivat suurta vaihtelua, lähes kaksi kertaa suurempaa kuin itse selkäydin. Tämä tarkoittaa sitä, että dendriitit osoittavat analogista tietoteknistä aktiivisuutta. Tutkijat eivät ole nähneet tällaista aikaisemmin missään hermoston aktiivisuusmallissa.

Tällainen dendriittipäästö vaikuttaa laskevan jotakin, joka liittyy aikaan ja paikkaan. Tarkkailemalla rottia labyrintissa, tutkijat pystyivät erottamaan kahdenlaisia signaaleja. Toinen tuli somasta, piikin muodossa, käytöksen ennustamisena. Tässä tapauksessa se tapahtui juuri ennen kulmassa kääntymistä. Samaan aikaan dendriitit loivat signaaleitaan juuri, kun eläin kääntyi kulmassa.

Vaikuttaa siltä, että neurotiede on aliarvioinut aivojen tietoteknisen voiman. Koska dendriitit ovat sata kertaa suurempia kuin soma, voimme olettaa, että aivoissa on itse asiassa sata kertaa enemmän prosessointikykyä. Vaikuttaa siltä, että neuronit eivät ole enää aivojen tietoteknisen yksikön perusta.

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