Wenn eine Gruppe von Menschen versucht, zu entscheiden, wie die Durchführung eine wichtige Aufgabe, es ist manchmal gesagt, dass die zentrale Diskussionen nicht geschehen, in großen, gut besuchten Sitzungen, sondern in ein-on-one Gespräche rund um die Wasser-Kühler.
Es stellt sich heraus, dass zwischen den einzelnen Neuronen in unserem Gehirn, die gleiche Mai gilt.
Likening den Prozess auf die Art von Casual Gespräche ein möglicherweise zu einem Cocktail-Partei, William Bialek und sein Forschungsteam haben festgestellt, dass an retinalen Ganglienzellen Zellen, die Nervenzellen entlang der Rückseite von unseren Augen, dass übermitteln visuellen Signale an das Gehirn, organisieren ihre Aktionen auf der Grundlage von Kommunikation sie haben mit anderen einzelne Zellen und nicht auf Gruppe-Stil Diskussionen. Die Ergebnisse, die aus Experimenten mit mathematischen Modellen und von Gruppen von 40 Zellen in der Netzhaut von Salamander, könnte Aufschluss darüber, wie Gehirnzellen arbeiten als ein Team.
"Wir haben festgestellt, dass es möglich ist, zu verstehen, die Gruppe Verhalten von neuronalen Zellen beruht allein auf Wissen über diese koppeln Wechselwirkungen", sagte Bialek, die John Archibald Wheeler / Battelle Professor für Physik an der Princeton. "Aus diesen paarweise Kommunikation, ein Konsens entsteht, welche Nachricht wird aus dem Auge an das Gehirn. Aber es kommt von vielen kleinen Diskussionen, nicht ein großer ein."
Die Forschungsarbeit, die Bialek schrieb mit Princeton Kollegen Michael Berry, Ronen Elad Segev und Schneidman, erscheint in der heutigen (20. April) Ausgabe der Zeitschrift Nature.
"Mit dem Abhören über die" Gespräche "der einzelnen Nervenzellen, diese Forscher gelernt, die vorhersagt, wie kleine Gruppen von Nervenzellen im Auge verhalten würde", sagte Dr. John C. Whitmarsh, ein Biophysiker am National Institute of General Medical Sciences, , die teilweise unterstützt die Arbeit. "Das ist wirklich ein fantastisches Ergebnis, und könnte uns helfen zu verstehen, wie Gehirnzellen arbeiten zusammen, um Entscheidungen zu treffen."
Retinalen Ganglienzellen Zellen haben oft Aufschluss über die Funktionsweise des Gehirns, da die Ganglienzellen teilen viele Eigenschaften von Zellen tiefer im Inneren des Gehirns. Im Gegensatz zu Gehirnzellen, jedoch sind sie leichter zugänglich für Experimente und stimuliert leicht in die Praxis mit Licht.
"Wir haben diese enormen Netzwerke von Zellen in unseren Köpfen, und wir sind noch am Anfang zu erfahren, wie sie kommunizieren", sagte Bialek, eine theoretische Physiker, deren Untersuchungen überqueren in die Neurowissenschaften und mathematische Konzepte auf andere Bereiche der Biologie. "Die Netzhaut sollte einfacher sein als die Zellen, die unsere tiefsten Gedanken. Aber vielleicht der Netzhaut ist ein System, dass wir eigentlich verstehen können, und es wird uns eine Art des Denkens über die schwieriger Probleme des Verständnisses das Gehirn als Ganzes."
Unter Beobachtung, auch zwei Netzhaut-Zellen befindet sich rechts neben jeder andere zu sein scheinen marschieren auf verschiedene Trommler und nicht koordinierte sehr stark. Aber wenn das Team sich nicht auf zwei Zellen, aber auf größere Gruppen von 10 oder 40, es hat zu sein scheinen starke Muster, in denen verschiedene Gruppen von Zellen würde plötzlich gemeinsam handeln.
"Da alle vier von uns ausgebildet wurden, wie Physiker, suchten wir nach einem mathematischen Weg zu beschreiben, was vor sich ging", sagte Berry. "Wir wollten ein Modell, erfassen könnten sowohl die in der Nähe von zufälligen Zeichen, dass man sieht sich mit zwei Zellen und die stark strukturierten Verhalten der gesamten Gruppe."
Modellierung von ihren Bemühungen, sich zwei Möglichkeiten, sowohl zwingende bis zu einem gewissen Grad. In ein, die Wissenschaftler vorstellen, jede Zelle als Zugehörigkeit zu einer Reihe von "Teams", deren volle Mitgliedschaft nie erschien auf einmal.
"So wie Sie vielleicht hinsetzen zum Essen mit, was die Mitglieder Ihres Teams passiert zu zeigen, bis zur gleichen Zeit wie Sie zu einem bestimmten Nacht, dachten wir, dass die Zellen könnte Brand in Gruppen, die Möglichkeit," sagte Schneidman. "Und genauso wie Studenten oft an mehreren Aktivitäten, haben Sie vielleicht Zellen auf mehreren Teams. Insgesamt, könnte dies produzieren zufällige Aussagen Verhalten, wenn Sie konnte nicht sehen, das Team Dienstplansysteme."
Die andere Möglichkeit war, dass keine solche Gruppierungen von Retina-Zellen besteht. Vielmehr, die 40 Zellen verhalten etwas wie eine Cocktail-Party, oder Menschen sich um ein Office-Wasser-Kühler: Ideen sind hören und Overhead, Auszüge von Informationen werden als Gesprächspartner Verschiebung, und, so viele ein-on-one Gesprächen auftreten, , Eine kollektive Plan Schritt für Schritt entsteht.
"Schließlich die zweite Möglichkeit schien, um die Daten besser, aber mit einem Twist", sagte Schneidman. "Es scheint, dass Zellen bei der Cocktail-Party sprechen in erster Linie, vielleicht ausschließlich, zu zweit allein. Nr. eins gehört zu einer Gruppe, oder nimmt Diktat aus einem Führer, aber jeder Grundlage ihr Verhalten auf, was wir nennen könnte" informiert Paar Gespräche. " Sie sich beteiligen, in wie viele von ihnen, wie sie können, hören so viel wie sie können, dann handeln. "
Nach dieser Analogie, die Netzhaut-Zellen würde übermitteln Nachrichten auf der Grundlage der Informationen aus diesen gekeult "Konversationen". Allerdings, sagte Bialek, wie bei jeder Partei gibt es Feinheiten bei der Arbeit als gut.
"So wie Sie vielleicht wissen aus früheren Erfahrungen, dass Sie ihr eher sympathisieren mit einer Partei Gast recht häufig, sind aber auf die lange von einem anderen, die Stellungnahmen ziehen Sie aus verschiedenen Gespräche sind nicht alle gleich gewichtet", sagte er. "Sie könnten nicken höflich auf eine Person das Argument, während die Vereinbarung stark mit einem anderen, obwohl sie hatten beide kommen auf der gleichen Seite ein Problem. Nervenzellen scheinen zu reagieren, um ein einem anderen in der gleichen Weg."
Das Team war überrascht, wie weit sie könnte diese Ideen, sagte Berry.
"Die Beweise darauf uns zu einer erstaunlichen Entdeckung, die begraben ist, dass in der scheinbaren Zufälligkeit gibt es subtile Beziehungen zwischen Paaren in der Gruppe, und Sie können bestimmen, was tatsächlich der Gruppe der Entscheidung werden, die sich nur auf ein Bewusstsein für diese Beziehungen zwischen Paare ", sagte er. "Unser Modell schließt die Möglichkeit nicht aus, dass größere Gruppierungen innerhalb der 40 Zellen bestehen. Was er zeigt ist, dass entweder Weg, sie nicht zu berücksichtigen, um vorherzusagen, das endgültige Ergebnis."
Segev und Berry treiben die Technologie von ihren Experimenten, so dass sie in der Lage zu hören auf bis zu 200 Zellen in der nahen Zukunft, die zum Teil in der Hoffnung, der Test dieser Vorhersagen.
"Wir alle wissen, biologische Systeme, von der kleinsten Zelle bis zu den größten Wale, sind mehr als die Summe ihrer Teile", sagte Bialek. "Die einzelnen Teile sind nicht lebendig, aber wenn sie zusammen kommen sie sind. Es könnte sein, dass es sich hierbei um horrende kompliziert. Aber wenn das, was wir gelernt haben, aus der Netzhaut ist mehr allgemeine, vielleicht können wir verstehen eine Menge nur durch wissend über die Wechselwirkungen zwischen zwei Teilen zu einem Zeitpunkt. Dann könnten wir in der Lage, unsere mathematischen Werkzeuge zu verstehen, wie all diese Paare können bis auf das gesamte: komplexe Verhalten aus dem einfachen Prinzip der Hängung in den Wasser-Kühler von Zeit zu Zeit ".
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Artikel angepasst von Medical News Today aus Original-Pressetext.
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Kontakt: Tschad Boutin
Princeton University