Ein Hummer kaut und filtert sein Futter mit einer Uhr aus etwa dreißig Neuronen — dem stomatogastrischen Ganglion. Ein kleiner Schaltkreis darin, das pylore Netzwerk, erzeugt einen Rhythmus, der so zuverlässig ist, dass er das gesamte Leben des Tieres ohne Unterbrechung läuft. Das Muster ist dreiphasig: Eine Schrittmachergruppe namens AB/PD burstet und schweigt durch hemmende Synapsen zwei Folgezellen, LP und PY; wenn jede Folgezelle aus der Hemmung entlassen wird, springt sie zurück und feuert in der Reihe, was die feste Sequenz PD → LP → PY ergibt, Zyklus für Zyklus. Ein Netzwerk, das ein rhythmisches Motorimpulsmuster ohne rhythmischen Eingang erzeugt, heißt zentraler Mustergenerator, und derselbe Schaltkreistyp treibt Ihr eigenes Atmen, Gehen und Kauen an.
Diese Ausstellung betreibt diesen Schaltkreis als drei echte Relaxationsneuronen, die im pyloren Muster mit gradierten hemmenden Synapsen verdrahtet sind, und Sie beobachten, wie der Rhythmus aus der Dynamik auf dem Oszilloskop und im leuchtenden Ganglion herausfällt. Der Grund, warum dieser kleine Schaltkreis zu einem der wichtigsten Systeme in der gesamten Neurowissenschaft wurde, ist der Knopf links. Eve Marder und ihre Kollegen verbrachten Jahrzehnte damit zu beweisen, dass die Ausgabe eines Schaltkreises nicht durch seine Verdrahtung fixiert ist — Neuromodulatoren, Chemikalien, die das Ganglion benetzen, stimmen dieselben Neuronen und Synapsen in völlig andere Rhythmen um. Den Knopf runterdrehen und der Rhythmus verlangsamt sich und zerfällt; hochdrehen oder einen Modulator wie Dopamin oder Proctolin wählen, und dieselben drei Zellen schlagen einen neuen Rhythmus. Die Verbindungen haben sich nie geändert.
Das ist eine tiefe und leicht beunruhigende Idee: Das Verdrahtungsdiagramm ist nicht die ganze Geschichte. Ein Gehirn ist ein chemisches Instrument genauso wie ein elektrisches, und dasselbe Netzwerk kann viele Schaltkreise sein, je nachdem, was über es strömt. Von den Reflexen einer Wespe zur Karte einer Maus zum Kompass einer Fliege bis zur Uhr dieses Hummers macht der letzte Raum des Museums einen Fall auf vier Weisen — dass Berechnung in der Dynamik von Neuronen lebt, und die Dynamik kann abgestimmt werden.
Technische Daten
- Schaltkreis
- Pylores Netzwerk des stomatogastrischen Ganglions (~30 Neuronen)
- Rhythmus
- Dreiphasig PD → LP → PY durch Schrittmachen + post-inhibitorischer Rebound
- Modell
- 3 Relaxationszellen, gradierte Hemmung, echte pylore Konnektivität
- Lektion
- Neuromodulatoren stimmen einen Schaltkreis in viele Rhythmen um (Marder)
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