Vaše roztržitost je normální

Máte často pocit, že se vaše myšlenky ubírají nepředvídatelnými a podivnými směry? Jste roztržití? Nebojte se, je to úplně normální a věda pro to našla vysvětlení. Nový výzkum ze švédské University v Lundu a RISE (Research Institutes of Sweden) ukazuje, že mozkové nervové buňky jsou v jedné věci zcela spolehlivé – ve své nespolehlivosti. Dokazuje to nová matematická metoda i experimentální měření.

Nová vědecká zjištění jsou významná pro základní pochopení funkce mozku. „Je to důležité nejen pro porozumění poruchám mozku, ale také pro vývoj technologií umělé inteligence a strojového učení“, říká docent Martin Nilsson, matematický fyzik z RISE. Martin Nilsson a profesor neurofyziologie Henrik Jörntell na univerzitě v Lundu provedli studii publikovanou ve vědeckém časopise Physical Review E. Vědci naznačují, že obtížnost léčby poruch mozku dnes závisí do značné míry na našem nedostatku znalostí mozkových funkcí. Nová zjištění mohou zlepšit úroveň porozumění.

To, jak naše nervové buňky vytvářejí elektrické signály pro vzájemnou komunikaci, je jednou z nejdůležitějších otázek pro pochopení funkce mozku. Funkce mozku lze identifikovat tokem elektrických signálů v obrovských sítích tvořených nervovými buňkami. Čím lépe chápeme tyto základní mechanismy, tím lepší jsou možnosti léčby poruch, kterými mozek trpí.

Matematika vládne i v neurologii

Zásadní technický průlom znamenal objev nové matematické metody řešení rovnic popisujících nervovou buňku. „Zatímco tyto rovnice byly dříve považovány za velmi obtížně řešitelné, nyní je můžeme vyřešit okamžitě. To nám umožnilo opravit a zdokonalit model neuronů analýzou velkého množství experimentálních dat“, říká Martin Nilsson.

Výsledky ukázaly, že nervové buňky nevyhnutelně vykazují regulovanou náhodnost řízenou molekulárními mechanismy generujícími elektrické signály. Tato náhodnost může přispívat k roztržitosti, ale pravděpodobně také umožňuje mozku pružněji a kreativněji pracovat s řešením problémů – a paradoxně také umožňuje mozku přesněji se vyjádřit tím, že povolí neurčitosti.

K popisu šíření nervových vzruchů existuje tzv. Hodgkinův a Huxleyův neuronový model napěťových špiček (akčních potenciálů) v axonech (nervových výběžcích). Tento model pozoruhodně dobře popisuje iniciaci a tvar hrotu napěťové špičky, ale nyní se obecně předpokládá, že informace jsou přenášeny spíše intervaly mezi hroty než tvarem hrotů. Model bohužel nedokáže vysvětlit zjevnou náhodnou variabilitu těchto intervalů v biologických neuronech in vivo. Výzkumy přilákaly velkou pozornost v souvislosti se strojovým učením. Dobré modelové systémy nabízejí Purkyňovy neurony. Vědci rozdělili Hodgkinův-Huxleyův model do tří oddílů a studovali chování napěťových křivek. 

Podrobné odborné výsledky studie najdete v článku Channel current fluctuations conclusively explain neuronal encoding of internal potential into spike trains, Physical Review E, 17. February 2021
https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.103.022407

Purkyňovy buňky

Purkyňovy neurony jsou velké buňky s mnoha keříčkovitě rozvětvenými dendrity. Nacházejí se v mozečku a zásadní roli hrají především při řízení motorického pohybu a emocí. Patří k největším nervovým buňkám (v průměru měří asi 0,1 mm). 

RISE

RISE je státní švédský výzkumný ústav a inovační centrum. V mezinárodní spolupráci s průmyslem, akademickou obcí a veřejným sektorem zajišťuje konkurenceschopnost a přispívá k udržitelné společnosti. Má 2 800 zaměstnanců. Více na www.ri.se