قدرتمندترین کامپیوتر شناخته شده، مغز است. مغز انسان دارای حدود ۱۰۰ میلیارد نورون با حدود ۱ کوادریلیون- یک میلیون میلیارد اتصال به نام سیناپس است که سلول‌ها را به یکدیگر متصل می‌سازد.

نورون‌ها مانند یک ایستگاه تقویتی برای سیگنال‌های الکتریکی عمل می‌کنند. مهم‌ترین بخش هر نورون “سوما”ی آن است. یک فیبر نازک کابل مانند منفرد به نام آکسون که از سوما خارج می‌شود، سیگنال‌های عصبی را از نورون به بیرون حمل می‌کند، در حالیکه بسیاری شاخه‌های کوتاه‌تر به نام دندریت‌ها که از انتهای دیگر سوما خارج می‌شوند سیگنال‌های عصبی را به سمت نورون می‌آورند.

هم‌اکنون دانشمندان فهمیده‌اند که دندریت‌ها ممکن است مانند سیم‌هایی غیرفعال باشند؛ در حقیقت، آنها ممکن است به طور فعالانه اطلاعات را پردازش کنند.

اسپنسر اسمیت، سرپرست این مطالعات و متخصص علوم اعصاب در دانشگاه کارولینای شمالی طی بیانیه‌ای گفت: “ناگهان چنین به نظر می‌رسد که قدرت پردازش مغز بسیار وسیعتر از حدی شده است که ما در ابتدا تصور کرده بودیم.”

ضربات الکتریکی

آکسون‌ها رشته هایی هستند که نورون‌ها به طور معمول برای ایجاد ضربات الکتریکی از آن‌ها استفاده می‌کنند. با این حال، پژوهش‌های پیشین بسیاری از مولکول‌های مشابه که عامل ضربه‌های الکتریکی هستند را کشف کرد که در دندریت‌ها هم حضور دارند، و آزمایشات با بافت مغز نشان داده بود که دندریت‌ها می‌توانند از این مولکول‌ها استفاده کرده و خودشان این ضربه‌های الکتریکی را تولید کنند.

معلوم نیست که آیا فعالیت طبیعی مغز شامل ضربه‌های دندریتی هم می‌شود یا خیر، و اگر چنین است، این ضربه‌ها چه نقشی ممکن است ایفا کنند. برای فهمیدن این مطلب اسمیت و همکارانش لوله‌های شیشه‌ای ظریفی به نام پی‌پت‌ها را به دندریت‌ها در بخش‌هایی از مغز موش‌ها که مسئول پردازش داده‌های دریافت شده از چشم‌ها بود، متصل کردند.

اسمیت گفت: “وصل کردن پی‌پت به دندریت‌ از نظر تکنیکی کاری فوق‌العاده چالش برانگیز است. شما نمی‌توانید از هر جهتی به دندریت‌ها نزدیک شده و آن‌ها را ببینید. بنابراین می‌بایست این کار را بدون دید قبلی انجام دهید. این شبیه ماهی‌گیری در همه جهاتی است که می‌توانید رد الکتریکی یک ماهی را ببینید.”

زمانی که این محققان با موفقیت پی‌پت‌ها را به دندریت‌ها متصل کردند، ثبت الکتریکی دندریت‌ها درون مغز موش‌های بی‌حس‌ شده و بیدار را ثبت کردند. همینطور که موش‌ میله‌های سیاه و سفید روی صفحه مانیتور را مشاهده کرد، محققان یک الگوی غیر معمول از سیگنال‌های الکتریکی با ضربات در دندریت‌ها مشاهده کردند.

اسمیت گفت: “زمانی که ما شروع به ثبت این انفجار‌ها و ضربات از دندریت‌ها کردیم، باور آن‌چه دیدیم برایمان سخت بود. در حالیکه ضربات ناشی از آکسون‌ها جدا جدا هستند، ضربه‌های دندریتی که ما می‌دیدیم رویدادهایی ناهنجار و دینامیک بودند که دارای بخش‌های اوج‌ و افت بودند.”

خواص سیگنال‌های الکتریکی ناشی از دندریت‌ها بسته به خصوصیات تصاویری که موش‌ها می‌دیدند متفاوت بود. این امر نشان داد که دندریت‌ها ممکن است واقعا به موش‌ها در پردازش چیزهایی که می‌بینند، کمک کنند.

ابزارهای مینی کامپیوتری (محاسبات کوتاه)

مایکل هاسر در دانشگاه کالج لندن، در بیانه‌ای گفت: “این کار نشان می‌دهد که دندریت‌ها که مدت‌ها تصور می‌شد که به سادگی سیگنال‌های ورودی را به سومای نورون منتقل می‌کنند، در عوض نقش کلیدی در تفکیک و تفسیر مجموعه‌ی عظیمی از داده‌های ورودی دریافت‌شده بوسیله نورون دارد. بنابراین دندریت‌ها به عنوان ابزار محاسباتی مینیاتوری برای شناسایی و تقویت انواع داده‌های ورودی عمل می‌کنند.”

اسمیت گفت: “تصور کنید که دارید یک قطعه از تکنولوژی بیگانه را مهندسی معکوس می‌کنید، و مشخص می‌شود آنچه فکر می‌کردید یک سیم‌کشی ساده باشد، ترانزیستوری است که اطلاعات را پردازش می‌کند. پژوهش‌های ما مشابه این وضعیت است.”

اسمیت گفت: “کاربردهایی که ما تصور می‌کردیم برای انجام آن‌ها کلا یک نورون لازم است، ممکن است فقط در یک بخش از شاخه دندریتی یک نورون قابل انجام باشد. این امر حاکی از آن است که یک نورون منفرد می‌تواند مانند شمار بسیار زیادی زیر واحدهای محاسباتی عمل کند.”

اسمیت می‌گوید با اینکه واضح است که فعالیت دندریتی قدرت محاسباتی مغز را بالا می‌برد، اندازه‌گیری کمی میزان این تقویت مشکل است.

دانشمندان تصمیم دارند که بررسی کنند فعالیت‌ دندریتی در جاهای دیگر مغز غیر از نواحی مربوط به بینایی چه نقشی بازی می‌کند.

هاسر گفت: “این نوع پردازش دندریتی ممکن است در نواحی دیگری از مغزگستره باشد و نیز در گونه‌های جانوری متفاوت از گونه انسان‌ها نیز وجود داشته باشد. این خصوصیت جدید دندریت‌ها فاکتور جدید مهمی را به مجموعه ابزارهای محاسباتی در مغز می‌افزاید.”

اسمیت می‌گوید بیماری‌هایی وجود دارند که به شدت بر ضربه‌های دندریتی و در نتیجه بر کارکرد مغز اثر میگذارند، و ما می‌توانیم فهم جدید خود را از فعالیت دندریتی برای یافتن اختلال زمینه‌ای در این بیماری‌ها به کار گیریم.