Στις μεγαλύτερες ανακαλύψεις στη Βιολογία για το 2020, σύμφωνα με το Quanta Magazine, περιλαμβάνεται έρευνα επιστημόνων από την Κρήτη!
Συγκεκριμένα, πρόκειται για τη συνεργατική μελέτη με επικεφαλής το εργαστήριο του Δρ. Matthew Larkum και τη συμμετοχή του Εργαστηρίου Υπολογιστικών Νευροεπιστημών (www.dendrites.gr) στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας με επικεφαλής την Δρ. Παναγιώτα Ποϊράζη.
Η έρευνα είχε δημοσιευτεί στις αρχές του 2020 στο περιοδικό Science (https://science.sciencemag.org/content/367/6473/83).
Ο Albert Gidon στο Larkum Lab ανακάλυψε ότι οι L2/ 3 νευρώνες στον ανθρώπινο εγκέφαλο έχουν ένα νέο είδος δεδριτικής ακίδας, με ένα ιδιότυπο χαρακτηριστικό: καθώς η ένταση του ερεθίσματος αυξάνεται, το εύρος αυτής της δεντριτικής ακίδας μειώνεται. Χρησιμοποιώντας βιοφυσικό μοντελισμό, η Δρ. Αθανασία Παπουτσή έδειξε ότι αυτό το ειδικό είδος δεδριτικής ακίδας επιτρέπει σε έναν ανθρώπινο νευρώνα να λύσει το πρόβλημα του XOR, έναν πολύπλοκο υπολογισμό που απαιτεί να λυθούν τα δίκτυα τεχνητών νευρώνων. Αυτή η εργασία δείχνει ότι οι ανθρώπινοι νευρώνες-και στην πραγματικότητα οι δεντρίτες τους-είναι ικανοί να λύσουν δύσκολα υπολογιστικά προβλήματα, θεωρούσαν προηγουμένως αδύνατο να επιλυθούν σε επίπεδο μονοκυττάρων ή δενδριτών.
Αναλυτικά, όπως είχε γράψει η «Π», ένα νέο είδος ηλεκτρικής διαδικασίας σε νευρώνες του ανθρώπινου εγκεφάλου αποκαλύφθηκε σε πρόσφατη έρευνα, της οποίας ηγήθηκε ο Δρ. Matthew Larkum στο Πανεπιστήμιο Humboldt στο Βερολίνο και συμμετείχαν η Διευθύντρια Ερευνών του Ινστιτούτου Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας, Δρ. Παναγιώτα Ποϊράζη, και η συνεργάτιδά της, Ειδική Λειτουργική Επιστήμονας Δρ. Αθανασία Παπουτσή.
Συγκεκριμένα, εντοπίστηκε ένα νέο είδος δενδριτικής απόκρισης που δεν έχει περιγραφεί μέχρι στιγμής σε άλλα θηλαστικά και το οποίο επιτρέπει την υλοποίηση μαθηματικών υπολογισμών που θεωρούνταν αδύνατοι σε επίπεδο απλού νευρώνα. Αυτή η ανακάλυψη θα συμβάλει στη βαθύτερη κατανόηση του ανθρώπινου εγκεφάλου και στη βελτίωση των υπολογιστικών μοντέλων που βασίζονται στη λειτουργία του.
Το εργαστήριο του Βερολίνου εξέτασε υγιείς ανθρώπινους νευρώνες, οι οποίοι προέρχονται από ασθενείς με επιληψία ή όγκο στον εγκέφαλο
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ένα νέο είδος δενδριτικών δυναμικών σε αυτούς τους νευρώνες, τα οποία δεν έχουν μέχρι στιγμής παρατηρηθεί σε άλλα ζώα. Τα νέα αυτά δενδριτικά δυναμικά έχουν μια ιδιαίτερη συμπεριφορά, αντί να αυξάνουν σε μέγεθος με την ένταση του ερεθίσματος, στην αρχή το ύψος τους αυξάνει και στη συνέχεια μειώνεται.
Η συμπεριφορά αυτή είναι αντίθετη από ό,τι έχει παρατηρηθεί σε άλλους νευρώνες. Το εργαστήριο της Δρ. Π. Ποϊράζη χρησιμοποίησε αυτή την ιδιότητα σε υπολογιστικά μοντέλα για να λύσει ένα δύσκολο μαθηματικό πρόβλημα, τη μαθηματική πύλη XOR, το οποίο παλαιότερα για να επιλυθεί απαιτούσε τη χρήση πολύπλοκων αλγορίθμων.
Διαπιστώθηκε ότι οι δενδρίτες των ανθρώπινων νευρώνων τους επιτρέπουν να επιλύσουν το μη-γραμμικό αυτό πρόβλημα, κάτι που στο παρελθόν θεωρείτο αδύνατο σε επίπεδο απλού νευρώνα.
Ουσιαστικά, η αποκάλυψη των επιστημόνων προσδίδει στους ανθρώπινους νευρώνες την ικανότητα να επιλύουν δύσκολα μη γραμμικά προβλήματα με πολύ λιγότερους πόρους, χωρίς να χρειάζεται να χρησιμοποιηθεί ολόκληρο νευρωνικό δίκτυο, αλλά μονάχα ένα κομμάτι του νευρώνα, και συγκεκριμένα ο βασικός του δενδρίτης.