Search Icon
ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ
Τεχνολογία

Εγκέφαλος: Χρήση υπερυπολογιστή για την κατανόηση της συναπτικής διαβίβασης

Εγκέφαλος: Χρήση υπερυπολογιστή για την κατανόηση της συναπτικής διαβίβασης

Εγκέφαλος: Ο εγκέφαλός μας έχει δισεκατομμύρια νευρικά κύτταρα ή νευρώνες και κάθε νευρώνας έχει χιλιάδες συνδέσεις με άλλους νευρώνες. Οι βαθμονομημένες αλληλεπιδράσεις αυτών των νευρώνων είναι αυτό από το οποίο αποτελούνται οι σκέψεις. Στόχος του Jose Rizo-Rey, καθηγητή Βιοφυσικής στο Southwestern Medical Center του Πανεπιστημίου του Τέξας είναι κατανοήσει πώς συμβαίνει η ενεργοποίηση της σκέψης.



«Ο εγκέφαλος είναι ένα καταπληκτικό δίκτυο επικοινωνιών», λέει ο Jose Rizo-Rey, καθηγητής Βιοφυσικής στο Southwestern Medical Center του Πανεπιστημίου του Τέξας. “Όταν ένα κύτταρο διεγείρεται από ηλεκτρικά σήματα, συμβαίνει πολύ γρήγορη σύντηξη συναπτικών κυστιδίων. Οι νευροδιαβιβαστές βγαίνουν από το κύτταρο και συνδέονται με υποδοχείς στη συναπτική πλευρά. Αυτό είναι το σήμα και αυτή η διαδικασία είναι πολύ γρήγορη.” Το πώς ακριβώς αυτά τα σήματα συμβαίνουν τόσο γρήγορα – σε λιγότερο από 60 μικροδευτερόλεπτα ή εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου – είναι το επίκεντρο μελέτης. Το ίδιο συμβαίνει και με την απορρύθμιση αυτής της διαδικασίας στους νευρώνες, η οποία προκαλεί μια σειρά από νευρολογικές καταστάσεις, από το Αλτσχάιμερ έως τη νόσο του Πάρκινσον.


Δεκαετίες έρευνας οδήγησαν σε μια ενδελεχή κατανόηση των κύριων πρωτεϊνικών παικτών και των ευρειών εγκεφαλικών επεισοδίων της σύντηξης μεμβράνης για συναπτική μετάδοση. Ο Bernard Katz τιμήθηκε με το Βραβείο Νόμπελ Ιατρικής το 1970, εν μέρει, καθώς απέδειξε ότι η χημική συναπτική μετάδοση αποτελείται από ένα συναπτικό κυστίδιο γεμάτο νευροδιαβιβαστή που συγχωνεύεται με την πλασματική μεμβράνη στις νευρικές απολήξεις και απελευθερώνει το περιεχόμενό του στο αντίθετο μετασυναπτικό κύτταρο. Και ο μακροχρόνιος συνεργάτης του Rizo-Rey, Thomas Südhof, κέρδισε το Νόμπελ Ιατρικής το 2013 για τις μελέτες του σχετικά με τον μηχανισμό που μεσολαβεί στην απελευθέρωση νευροδιαβιβαστών.

Αλλά ο Rizo-Rey λέει ότι στόχος του είναι να κατανοήσει τον τρόπο με τον οποίο συμβαίνει η διαδικασία ενεργοποίησης της σκέψης με πολύ περισσότερες λεπτομέρειες. «Αν μπορώ να το κατανοήσω αυτό, η κατάκτηση του βραβείου Νόμπελ θα ήταν απλώς μια μικρή ανταμοιβή», σημειώνει. Πρόσφατα, χρησιμοποιώντας τον υπερυπολογιστή Frontera στο Texas Advanced Computing Center (TACC), ο Rizo-Rey εξερεύνησε αυτή τη διαδικασία, δημιουργώντας ένα μοντέλο πολλών εκατομμυρίων ατόμων των πρωτεϊνών, των μεμβρανών και του περιβάλλοντός τους, για να τα θέσει σε κίνηση εικονικά, με σκοπό να δει τι συμβεί. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως μοριακή δυναμική. Γράφοντας στο eLife τον Ιούνιο του 2022, ο Rizo-Rey και οι συνεργάτες του παρουσίασαν προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής με όλα τα άτομα της σύντηξης συναπτικών κυστιδίων. Η έρευνα τους δείχνει ένα σύστημα, όπου αρκετές εξειδικευμένες πρωτεΐνες περιμένουν την παράδοση ιόντων ασβεστίου για να πυροδοτήσουν τη σύντηξη. «Είναι έτοιμα να κυκλοφορήσουν, αλλά δεν το κάνουν», εξηγεί. “Γιατί; Περιμένουν το σήμα ασβεστίου”.

Η μελέτη αντιπροσωπεύει μια επιστροφή στις υπολογιστικές προσεγγίσεις για τον Rizo-Rey, ο οποίος θυμάται ότι χρησιμοποίησε τον αρχικό υπερυπολογιστή Cray στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Συνέχισε να χρησιμοποιεί κυρίως πειραματικές μεθόδους όπως η φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού τις τελευταίες τρεις δεκαετίες για να μελετήσει τη βιοφυσική του εγκεφάλου. “Οι υπερυπολογιστές δεν ήταν αρκετά ισχυροί για να επιλύσουν αυτό το πρόβλημα του τρόπου μετάδοσης στον εγκέφαλο. Έτσι, για μεγάλο χρονικό διάστημα, χρησιμοποιούσα άλλες μεθόδους”, σημείωσε. «Ωστόσο, με τον Frontera, μπορώ να μοντελοποιήσω 6 εκατομμύρια άτομα και να έχω πραγματικά μια εικόνα του τι συμβαίνει στο σύστημα».

Οι προσομοιώσεις του Rizo-Rey καλύπτουν μόνο τα πρώτα μικροδευτερόλεπτα της διαδικασίας σύντηξης, αλλά ο ίδιος υποθέτει ότι η πράξη της σύντηξης θα πρέπει να συμβαίνει σε αυτό το χρονικό διάστημα.

Διαβάστε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις για την υγεία από την Ελλάδα και τον Κόσμο
Ακολουθήστε το healthweb.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
Ακολουθήστε το healthweb.gr στο κανάλι μας στο YouTube

Διαβάστε Eπίσης:

Ανθρώπινος εγκέφαλος: Πιο ζεστός από ό,τι πιστεύαμε ξεπερνώντας τους 40 °C

Μελέτη αποκαλύπτει πότε & πού επεξεργάζεται ο εγκέφαλος τις οσμές

Ανάπτυξη μη επεμβατικής μεθόδου προστασίας από τις εγκεφαλικές βλάβες μετά από τροχαίο

Η "ανεβαστική" μουσική βελτιώνει την γνωστική ικανότητα

svg%3E svg%3E
svg%3E
Αφιέρωμα στον Διαβήτη healthwebgr svg%3E
Περισσότερα

Νέα μέθοδος ανάπτυξης αιμοφόρων αγγείων σε εργαστηριακά οργανοειδή 

Οι ερευνητές έχουν αναπτύξει ένα καινοτόμο πρωτόκολλο που περιλαμβάνει τη χρήση βιοϋλικών, κυτταρικών παραγόντων και μοριακών σηματοδοτών για την προώθηση της αγγειογένεσης σε τρισδιάστατα οργανοειδή.

Τεχνητή νοημοσύνη: Μπορεί να βοηθήσει στην ανίχνευση εγκεφαλικών όγκων;

Τεχνητή νοημοσύνη: Οι ακτινολόγοι βρίσκονται μπροστά σε μια σημαντική επανάσταση στον τομέα της ιατρικής απεικόνισης, καθώς η τεχνητή νοημοσύνη αναμένεται να παίξει καθοριστικό ρόλο στην ανίχνευση εγκεφαλικών όγκων.

Νευρωνική διεπαφή: Πρόσβαση στον εγκέφαλο χωρίς επεμβατική χειρουργική

Νευρωνική διεπαφή: Οι τελευταίες εξελίξεις στην ιατρική τεχνολογία οδήγησαν στην ανάπτυξη μιας νέας ελάχιστα επεμβατικής νευρωνικής διεπαφής που υπόσχεται να αλλάξει δραστικά τον τρόπο αλληλεπίδρασης με τον εγκέφαλο.

Η τεχνική που επαναπροσδιορίζει τη µεταµόσχευση οργάνων 

Ένα από τα πιο υποσχόμενα πεδία έρευνας είναι η βιολογία των βλαστοκυττάρων. Τα βλαστοκύτταρα έχουν την ικανότητα να διαφοροποιούνται σε πολλούς τύπους κυττάρων και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αναγέννηση κατεστραμμένων οργάνων ή ιστών.

Νέο σύστημα φακών για ενδοσκόπια επιτρέπει στους γιατρούς να δουν μέσα στο σώμα όπως ποτέ άλλοτε

Ενδοσκόπιο: Έχει σχεδιαστεί ένα νέο είδος συστήματος φακών για την άκρη ενός ενδοσκοπίου, το οποίο θα μπορούσε να επιτρέψει στους γιατρούς να βλέπουν και να θεραπεύουν περιοχές βαθιά μέσα στο σώμα.

Ρομποτική χειρουργική: Ο νέος τρόπος αντιμετώπισης της πρόπτωσης μήτρας

Ρομποτική χειρουργική: Η πρόπτωση της μήτρας, όπου η μήτρα υποχωρεί από τη φυσική της θέση και κατέρχεται στον κόλπο, είναι μια συχνή κατάσταση που επηρεάζει πολλές γυναίκες, ειδικά εκείνες που έχουν υποβληθεί σε τοκετούς.

Τεχνητή νοημοσύνη: Ο νέος σύμμαχος στην ανίχνευση καρκινικών όγκων εγκεφάλου

Τεχνητή νοημοσύνη: Ένα επαναστατικό μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης έχει αναπτυχθεί για τον εντοπισμό καρκινικών όγκων στον εγκέφαλο με απίστευτη ταχύτητα και ακρίβεια.

Close Icon