👎🏽 👏🏿 👨🏼‍✈️ Interação eletromagnética dos neurônios 📄 🚄 👲🏼

Olá querida comunidade Geektimes! A idéia de interação dos neurônios não apenas através de conexões físicas (sinapses, efaps), mas também através de campos elétricos, não é nova há muito tempo, mas qual é a natureza e o significado dessas interações?

Não há muita pesquisa direta sobre esse assunto, devido ao trabalho trabalhoso necessário para registrar alterações nos neurônios sob a influência de campos elétricos externos. Por exemplo, um experimento conduzido por neurofisiologistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia (CA Anastassiou, R. Perin, H. Markram, C. Koch (2011) Comunicação ephaptic em neurônios corticais - Nature Neuroscience [ Abstract ], [ PDF ]) mostrou que campos elétricos extracelulares gerados por neurônios alteram as características dos potenciais de ação de outros neurônios.

Apesar do fato de um neurônio ter muitos contatos com seus vizinhos, seu raio de ação é limitado em comparação com a escala do sistema nervoso como um todo. Torna-se claro como a troca de neurônios ocorre durante a formação de reflexos condicionados simples, uma vez que as distâncias entre diferentes representações de reflexos particulares podem chegar a centenas de milímetros.

I.P. Pavlov explica o mecanismo de formação de reflexos condicionados da seguinte maneira. Se dois focos de excitação surgem no sistema nervoso central, o mais forte deles “atrai” para si a excitação dos menos fortes. Se esse tipo de interação dos focos de excitação forte e fraco for combinado repetidamente várias vezes, um reflexo condicionado pode se formar.

A transmissão da excitação no sistema nervoso é sempre acompanhada por uma mudança nos campos eletromagnéticos. É natural supor que a natureza da atração Pavlovsky tenha um caráter eletromagnético. Obviamente, existem hipóteses de que os neurônios possam interagir em algum nível quântico, mas a natureza e a natureza dessas interações não são claras; o desenvolvimento de modelos quânticos deve ser adiado até o advento dos computadores quânticos.

Se você segue as idéias pavlovianas, cada neurônio ativado deve determinar em qual direção há o foco mais poderoso de excitação e, subsequentemente, transmitir a excitação na direção desejada. Um neurônio pode se lembrar dessa direção e usá-la no futuro. Aqui, um neurônio é representado como um comutador. A rede de tais comutadores forma um arco reflexo, como um circuito elétrico que pode formar, fortalecer, reconstruir e entrar em colapso. Obviamente, as funções do somador são retidas pelo neurônio, o que amplia as possibilidades de um sistema auto-organizado.

Para testar a hipótese, desenvolvi um modelo em que um neurônio, como um autômato celular, realiza seus cálculos internos independentemente do sistema, apenas com base nas informações coletadas. Primeiro, quando um neurônio é excitado, sua variável q (carga) começa a mudar com uma frequência de 0,01 s, dependendo de um determinado conjunto de números que caracteriza a lei da mudança de carga na superfície de sua membrana. Apenas dezesseis valores, após os quais o neurônio por um curto período de tempo não responde à irritação.
Para demonstrar, apresentamos quatro versões da alteração da lei de cobrança, diferindo principalmente no valor do potencial de rastreamento negativo. Acredita-se que os potenciais vestigiais sejam apenas uma consequência da repolarização de um neurônio. No meu trabalho com modelos, cheguei à conclusão de que o potencial de rastreamento é importante para a comunicação dos neurônios.

Em segundo lugar, após 0,05 s após a ativação, o neurônio determina a direção da transmissão da excitação e a transmite. A maneira mais lógica de determinar o vetor de direção é aplicar a lei de Coulomb, mas o microworld de células não é tão simples e ninguém exclui a presença de um organoide em um neurônio capaz de amplificar os sinais de outros neurônios ativos. Portanto, na demonstração, apresentamos três regras para determinar o vetor de direção:

A primeira regra é a modalidade da lei de Coulomb, o vetor de direção será determinado como a soma dos vetores de interação entre si, neurônio ativo. Os vetores de interação são o produto da carga de um neurônio e um vetor de unidade dividido pelo quadrado da distância entre os neurônios. A segunda regra é semelhante, mas levando em consideração a proporcionalidade inversa da distância. E a terceira lei, excluindo a distância entre os neurônios.
Além disso, o sinal é transmitido a todos os neurônios na direção de um determinado vetor de direção, levando em consideração o raio do neurônio, seu foco, que é de 90 graus.

Se não houver neurônios na direção do vetor, um novo neurônio será criado e a excitação será transmitida a ele. A criação dinâmica de neurônios é de importância técnica aqui, isso torna o trabalho do modelo mais visual, simplifica o cálculo de seu trabalho.

A partir das observações feitas, pode-se concluir que a lei de Coulomb é extremamente ineficaz; a influência dos neurônios vizinhos acaba sendo significativamente mais forte do que a influência de outro local de excitação mais ativo. Consequentemente, a atração pavloviana não pode ser explicada pela simples interação de partículas eletricamente carregadas.
Ao aplicar a regra com uma relação inversamente proporcional e em combinação com um pequeno potencial de traço negativo, já é possível observar a formação de um "jumper" entre os dois centros de excitação. Tais acadêmicos "saltadores" I.P. Pavlov explicou a formação de reflexos condicionados.
A formação mais estável de vínculos é observada quando se utiliza a regra sem levar em consideração a distância, embora na natureza seja difícil a implementação de uma regra.

Este modelo demonstra o possível princípio da formação de reflexos, para esse fim foi deliberadamente simplificado. Antes de explicar funções reflexas ou cognitivas mais complexas, é necessário entender a natureza do comportamento do neurônio e do sistema nervoso.
Eu tenho uma hipótese de que os microtúbulos desempenham o papel principal no trabalho funcional de um neurônio, como comutador . Presumivelmente, eles "crescem" na direção de outras células ativas, sob a influência de campos eletromagnéticos criados por sua atividade. Assim, são formadas vias de transporte para as proteínas mediadoras criadas no núcleo da célula, que são então distribuídas entre as sinapses. Além disso, a distribuição é desigual, muitas vezes algumas sinapses são deixadas sem um mediador.

Ficaria grato pela ajuda na coleta de informações que confirmam as idéias estabelecidas neste artigo e as críticas construtivas.

Interação eletromagnética dos neurônios

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