Изчислителен капацитет на пирамидалните неврони в мозъчната кора

Електрическите дейности на пирамидалните неврони в мозъчната кора се поддържат от структурно стабилни, морфологично комплексни аксонално-дендритни дървета. Анатомичните разлики между аксоните и дендритите по отношение на тяхната дължина или калибър отразяват съответните функционални специализации, съответно за приемане или предаване на неврална информация. За да се оцени правилно изчислителната способност на пирамидалните неврони в мозъчната кора, различните морфометрични мерки на техните аксони и дендрити трябва да бъдат точно определени количествено от налични триизмерни дигитални реконструкции.

В новата ни статия, публикувана в Brain Research, ние оценяваме общия брой и вида йони, участващи в невроналното електрическо възбуждане, въз основа на получените морфометрични данни, които са комбинирани с енергетиката на освобождаване на невротрансмитер и последващо сигнализиране, подхранвано от глюкоза консумирана от активния мозък. Получените резултати подкрепят високоефективна мозъчна изчислителна функция, извършена при термодинамично разрешената граница на Ландауер за изпълнение на необратими логически операции. Ние също така показваме, че отделни събития на протонно тунелиране в сензитивните на електрично напрежение S4 протеинови α-спирали в Na+, K+ или Ca2+ йонни канали са идеално пригодени да служат като единични елементарни логически операции на Ландауер, които след това се амплифицират от селективни йонни потоци, преминаващи през порите на отворения канал. Тази миниатюризация на изчислителните функции позволява извършването на над 1.2×1021 логически операции в секунда в мозъчната кора на човека, без отделената топлина да увреди мозъка.