🌐 🤾 👴🏻 Elektromagnetische Wechselwirkung von Neuronen 🧠 🚣🏽 🧑🏼

Hallo liebe Geektimes Community! Die Idee der Interaktion von Neuronen nicht nur durch physikalische Verbindungen (Synapsen, Efaps), sondern auch durch elektrische Felder ist seit langem nicht neu, aber welche Art und Bedeutung haben diese Interaktionen?

Es gibt nicht viel direkte Forschung zu diesem Thema, dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass mühsame Arbeit erforderlich ist, um Veränderungen in Neuronen unter dem Einfluss externer elektrischer Felder zu registrieren. Ein Experiment von Neurophysiologen des California Institute of Technology (CA Anastassiou, R. Perin, H. Markram, C. Koch (2011) Ephaptische Kommunikation in kortikalen Neuronen - Nature Neuroscience [ Abstract ], [ PDF ]) hat dies gezeigt Von Neuronen erzeugte extrazelluläre elektrische Felder verändern die Eigenschaften der Aktionspotentiale anderer Neuronen.

Trotz der Tatsache, dass ein Neuron viele Kontakte zu seinen Nachbarn hat, ist sein Aktionsradius im Vergleich zur Größe des Nervensystems insgesamt begrenzt. Es wird nicht klar, wie das Umschalten von Neuronen während der Bildung einfacher konditionierter Reflexe erfolgt, da die Abstände zwischen verschiedenen Darstellungen bestimmter Reflexe bis zu Hunderten von Millimetern betragen können.

I.P. Pawlow erklärt den Mechanismus der Bildung konditionierter Reflexe wie folgt. Wenn im Zentralnervensystem zwei Erregungsherde auftreten, „zieht“ der Stärkere die Erregung des Weniger an. Wenn diese Art der Wechselwirkung der starken und schwachen Erregungsherde mehrmals kombiniert wird, kann sich ein konditionierter Reflex bilden.

Die Übertragung der Erregung im Nervensystem geht immer mit einer Änderung der elektromagnetischen Felder einher. Es ist natürlich anzunehmen, dass die Natur der Pavlovsky-Attraktion einen elektromagnetischen Charakter hat. Natürlich gibt es Hypothesen, dass Neuronen auf einer bestimmten Quantenebene interagieren können, aber die Art und die Art dieser Wechselwirkungen sind nicht klar. Die Entwicklung von Quantenmodellen sollte auf das Aufkommen von Quantencomputern verschoben werden.

Wenn Sie den pawlowschen Ideen folgen, muss jedes aktivierte Neuron bestimmen, in welche Richtung sich der stärkste Anregungsfokus befindet, und anschließend die Anregung in die gewünschte Richtung übertragen. Ein Neuron kann sich an diese Richtung erinnern und sie in Zukunft verwenden. Hier wird ein Neuron als Kommutator dargestellt. Das Netzwerk solcher Schalter bildet einen Reflexbogen, wie ein Stromkreis, der sich bilden, verstärken, wieder aufbauen und zusammenbrechen kann. Natürlich bleiben die Funktionen des Addierers beim Neuron erhalten, was die Möglichkeiten eines solchen selbstorganisierten Systems erweitert.

Um die Hypothese zu testen, habe ich ein Modell entwickelt, in dem ein Neuron wie ein zellularer Automat seine internen Berechnungen unabhängig vom System nur auf der Grundlage der gesammelten Informationen durchführt. Erstens, wenn ein Neuron angeregt wird, beginnt sich seine Variable q (Ladung) mit einer Frequenz von 0,01 s zu ändern, abhängig von einer gegebenen Reihe von Zahlen, die das Gesetz der Ladungsänderung auf der Oberfläche seiner Membran charakterisieren. Nur 16 Werte, nach denen das Neuron für kurze Zeit nicht auf Reizungen reagiert.
Um dies zu demonstrieren, präsentieren wir vier Versionen des Gesetzes der Ladungsänderung, die sich hauptsächlich im Wert des negativen Spurenpotentials unterscheiden. Es wird angenommen, dass Spurenpotentiale nur eine Folge der Repolarisation eines Neurons sind. Bei meiner Arbeit an Modellen bin ich zu dem Schluss gekommen, dass das Spurenpotential für die Neuronenkommunikation wichtig ist.

Zweitens bestimmt das Neuron nach 0,05 s nach der Aktivierung die Übertragungsrichtung der Erregung und überträgt sie. Um den Richtungsvektor zu bestimmen, ist es am logischsten, das Coulomb-Gesetz anzuwenden, aber die Mikrowelt der Zellen ist nicht so einfach und niemand schließt die Anwesenheit eines Organoids in einem Neuron aus, das die Signale anderer aktiver Neuronen verstärken kann. Daher stellen wir in der Demonstration drei Regeln zur Bestimmung des Richtungsvektors vor:

Die erste Regel ist die Ausführungsform des Coulomb-Gesetzes. Der Richtungsvektor wird als Summe der Interaktionsvektoren untereinander aktives Neuron bestimmt. Interaktionsvektoren sind das Produkt der Ladung eines Neurons und eines Einheitsvektors geteilt durch das Quadrat des Abstandes zwischen Neuronen. Die zweite Regel ist ähnlich, berücksichtigt jedoch die umgekehrte Proportionalität der Entfernung. Und das dritte Gesetz schließt den Abstand zwischen Neuronen aus.
Ferner wird das Signal in Richtung eines bestimmten Richtungsvektors an alle Neuronen übertragen, wobei der Radius des Neurons, sein Fokus, berücksichtigt wird, der 90 Grad beträgt.

Wenn sich in Richtung des Vektors keine Neuronen befinden, wird ein neues Neuron erzeugt und eine Anregung darauf übertragen. Die dynamische Erzeugung von Neuronen ist hier von technischer Bedeutung. Dies macht die Arbeit des Modells visueller und vereinfacht die Berechnung seiner Arbeit.

Aus den gemachten Beobachtungen kann geschlossen werden, dass das Coulomb-Gesetz äußerst unwirksam ist und sich herausstellt, dass der Einfluss benachbarter Neuronen signifikant stärker ist als der Einfluss einer anderen aktiveren Anregungsstelle. Folglich kann die pawlowsche Anziehungskraft nicht durch die einfache Wechselwirkung elektrisch geladener Teilchen erklärt werden.
Bei Anwendung der Regel mit einer umgekehrt proportionalen Beziehung und in Kombination mit einem kleinen negativen Spurenpotential ist es bereits möglich, die Bildung eines „Jumpers“ zwischen den beiden Anregungszentren zu beobachten. Solche "Springer" Akademiker I.P. Pawlow erklärte die Bildung konditionierter Reflexe.
Die stabilste Bildung von Bindungen wird beobachtet, wenn die Regel ohne Berücksichtigung des Abstands verwendet wird, obwohl die Implementierung einer solchen Regel in der Natur schwierig ist.

Dieses Modell zeigt das mögliche Prinzip der Reflexbildung, zu diesem Zweck wurde es bewusst vereinfacht. Bevor komplexere Reflex- oder kognitive Funktionen erklärt werden, muss die Art des Verhaltens des Neurons und des Nervensystems verstanden werden.
Ich habe die Hypothese, dass Mikrotubuli als Kommutator die Hauptrolle in der funktionellen Arbeit eines Neurons spielen . Vermutlich „wachsen“ sie unter dem Einfluss elektromagnetischer Felder, die durch ihre Aktivität erzeugt werden, in Richtung anderer aktiver Zellen. Somit ist die gebildete Transportstrecke für die aus dem Zellkern geschaffen, Mediator - Proteinen, die dann verteilt zwischen Synapsen. Darüber hinaus ist die Verteilung ungleichmäßig, oft bleiben einige Synapsen ohne Mediator.

Ich wäre dankbar für Hilfe beim Sammeln von Informationen, die die in diesem Artikel dargelegten Ideen bestätigen, und für konstruktive Kritik.

Elektromagnetische Wechselwirkung von Neuronen

More articles: