"Neuronas anidadas": ¿Son biológicamente plausibles?

Sin tener en cuenta la viabilidad de las neuronas dentro de las neuronas in silico , la respuesta a

¿Hay alguna evidencia de que existan neuronas dentro de otras neuronas en humanos u otros organismos?

desde un punto de vista práctico y biológico no es .

El punto de vista de la literatura
El argumento más fuerte contra la neurona incrustada (deliberadamente no diré "anidada" ya que tiene un gusto computacional y estadístico) en otra neurona es: nunca he oído hablar de ella. Podría citar todos los libros de texto sobre neurología que tengo sin mencionar el fenómeno, pero apuesto a que no tiene mucho sentido, de ahí este argumento sin referencia.

El punto de vista fisiológico
Las neuronas necesitan un potencial de membrana para funcionar, por ejemplo , para disparar potenciales de acción o cambiar su membrana de forma gradual. Ese potencial de membrana es, quizás con una excepción o dos, siempre negativo. Es decir, interior negativo, exterior neutro. Una neurona dentro de una neurona proporcionaría condiciones de vida inhóspitas para la primera. Este último tampoco estaría muy contento. El primero no podrá acumular el gradiente normal de alto Na ⁺ fuera de la célula y alto K ⁺ dentro, ya que la neurona envolvente intentaría hacer exactamente lo mismo. La celda interna crearía así un gradiente (empujar Na ⁺fuera) y la célula envolvente transportaría de nuevo el Na ⁺ hacia fuera. Para K ⁺ ocurriría lo contrario (ver Na ⁺ ,K ⁺ -ATPasa para conocer los antecedentes). En resumen, la célula interna no sería capaz de generar un gradiente de membrana, mientras que la célula externa tendría que lidiar con un molesto parásito que alteraría su homeostasis iónica. La célula interna moriría, ya que muchos procesos vitales para la célula necesitan un gradiente (transporte de iones de nutrientes a lo largo de la membrana, eliminación de basura) y la célula externa finalmente sería una neurona feliz, bloqueada por los desechos en su interior.

La visión teleológica
Las neuronas físicamente incrustadas no tienen sentido. Simplemente, porque las neuronas existen, básicamente, para transmitir información de una neurona a la siguiente. El ejemplo de libro de texto de una neurona (Fig. 1) tiene una parte de entrada (la región dendrítica ), una parte que atraviesa el espacio para cubrir la distancia (el axón ) y una parte de salida (la terminal del axón ).). Cualquier procesamiento que ocurra dentro de la neurona se realiza principalmente mediante operadores lógicos como la suma, la resta y la integración (a través de la recopilación de información del árbol dendrítico) y el control de ganancia (influencias inhibitorias o excitatorias en la región dendrítica, el cuerpo celular o la parte axonal). Pero al final, una neurona está diseñada para llevar información de A a B. Por lo tanto, una neurona dentro de otra neurona no tiene sentido desde un punto de vista neurofisiológico.

^{Fig. 1. Ejemplo de libro de texto de una neurona motora. La neurona recibe información de áreas motoras superiores en la región dendrítica y estimula el músculo usando potenciales de acción. El código de tarifa se utiliza para regular la fuerza de la contracción muscular. fuente: Listas Obes DVR .}

_{Referencia
: Purves et al . (eds.) Neurociencia , ^2ª ed. Sunderland (MA): Sinauer Associates (2001). La base iónica de los potenciales de acción}

Aquí hay algunas notas e ideas y, con suerte, una respuesta a su pregunta:

1. Las nuevas membranas son producidas por un proceso durante las divisiones como lees en genética; en algún momento se llama embriogénesis. Son solo las divisiones del citoplasma. Se sugiere que la capa que separa los nucleidos se polarice hacia los nucleidos dentro de un solo citoplasma que son todos. Entonces, como puede adivinarse por la definición de la palabra "célula", normalmente en la forma final de un tejido no habrá ninguna célula dentro de una célula (o su citoplasma). Se dividirán en dos celdas, como siempre en la ciencia, esto es lo que "generalmente" sucede ( este artículo proporciona algunos antecedentes sobre cómo funciona este mecanismo ).

2. Sin embargo, hay vesículas, simplemente bolsas de algún material químico (por ejemplo, neurotransmisores). Se fusionan en la membrana celular en sus terminales y se liberaría algo de Nt. Sin embargo, no son células vivas, pero su capa exterior es similar a las de una célula real, hecha en forma de bicapa de fosfolípidos.

3. En lugar de neuronas, hay algunas células más en el sistema nervioso, llamadas Glias , incluso más que neuronas. Su papel principal parece apoyar a las neuronas y las sinapsis. Puede pensar en ellos como células de apoyo, la unión con una neurona o una sinapsis ayuda a que se activen o desactiven. Hay estudios recientes que investigan el papel de Glias en el cerebro.

4. Las neuronas (por ejemplo en la corteza, que es el área más influyente del cerebro interesada por los informáticos) no realizan activaciones solas. Pero forman una red; de hecho redes de redes. En la corteza, juntos forman columnas, supercolumnas y en humanos alrededor de 6 capas. Por lo general, estudian grupos, columnas o formas más grandes de neuronas interconectadas, excepto en técnicas invasivas de imagen de neurona única. Entonces, las neuronas se han estudiado en cierto sentido haciendo cálculos "en promedio", pero no solo. Incluso la activación en las neuronas (potenciales de acción) se genera en un lugar llamado axon hillock, que no justifica que dos células puedan generar dos señales independientes y luego fusionarlas; esto se puede hacer más fácilmente a nivel de sinapsis ya que la naturaleza es solo un perezoso y selecciona los mejores resultados aleatorios.

5. Las sinapsis son donde la información se almacena en redes neuronales artificiales y naturales. Entonces, incluso una celda dentro de una celda (conectada), no proporciona más mejoras (como las nuevas tendencias de proporcionar la potencia informática necesaria para las redes profundas). Por celda dentro de celda en ANN, solo agrega otra conexión y posiblemente una nueva capa. Puede hacer lo mismo definiendo una nueva capa como en las redes profundas.

6. Los potenciales de acción para enviar señales de activación hacia adelante en la célula se realizan y desarrollan en lugares fuera del cuerpo celular (soma). Por lo general se produce en las dendritas y sobre todo en los axones. Así que biológicamente hablando. Un cuerpo celular dentro de un cuerpo celular no ayuda ni interviene en los cálculos o para la comunicación. Si sucede en el mundo real, solo hay mutaciones, o son erróneas o desarrolladas en el laboratorio (es posible, ¿no?); De manera similar, otras soluciones realizan el mismo mecanismo, por ejemplo, como una sola neurona o dos neuronas conectadas normalmente a través de una sola sinapsis.

7. Aunque la idea podría investigarse mediante sistemas autosimilares (fractales), dimensión de medidas de autosimilitud, sistemas dinámicos y, en general, teoría del caos. En el sistema neuronal, esta dimensión fractal es un número entero a nivel de celda (una sola celda). Sin embargo, puede estudiar cómo funciona esta autosimilitud para las redes neuronales artificiales :-).

He tratado de ver tu pregunta desde la perspectiva de la informática inspirada en la biología... y espero que ayude :-)

Como señalan las otras respuestas, no existe una neurona dentro de otra neurona, es decir, una neurona anidada literal.

Sin embargo, desde el punto de vista de una red neuronal artificial, existe evidencia de que una sola neurona piramidal puede operar como una red jerárquica de dos capas gracias a su árbol dendrítico. Para citar el resumen del artículo

La suma local supralineal de entradas excitatorias que ocurren en las dendritas de las células piramidales, los llamados picos dendríticos, da como resultado subunidades dendríticas de picos independientes, que convierten las neuronas piramidales en redes neuronales de dos capas capaces de calcular funciones linealmente no separables, como como el OR exclusivo.

Esto significa que la neurona se comporta como si tuviera muchas subunidades anidadas, que en realidad son solo ramas del árbol dendrítico, no neuronas reales.

No soy un experto en ese campo, pero deberían mirar el trabajo de Boris Gutkin, que se encuentra actualmente en Moscú .

Tal como entiendo la idea de la computación paralela, la idea del paralelismo masivo es reducir el tamaño de los nodos (de la computadora) mientras se maximizan las conexiones entre los nodos. Si observa la evolución de las supercomputadoras, inicialmente se construyeron con procesadores superescalares muy potentes. Pero, a medida que pasa el tiempo, están tratando de construir procesadores más livianos e interconectados. Eso es porque la comunicación es el cuello de botella en la supercomputación. Los nodos potentes calculan demasiada información que necesitan esperar para recibir/enviar más hacia/desde sus vecinos (distantes). No tiene sentido hacer nodos muy potentes, sino gastar el espacio de la máquina en más cableado.

Las redes neuronales son las máquinas de paralelismo definitivas. Sus nodos de cómputo, las neuronas, son lo más simples posible. El paradigma, conocido como conexionismo, significa que la computación se logra a través de la aparición de resultados cuando los nodos simples se comunican entre sí. Se compone principalmente de cables. En NN, el cálculo se realiza por miles de sinapsis interneuronales en lugar de por la propia neurona. La idea es que debes conectarte directamente con tantas otras neuronas como sea posible. Puede considerar varias neuronas conectadas como una neurona (subred), pero ¿por qué? Y, por supuesto, no desea aislar ninguna neurona mediante un envoltorio físico para obligarlas a conectarse solo entre sí y evitar posibles conexiones el resto de la neuronas Parece una limitación innecesaria, difícil de implementar y no solo un despilfarro sino adversa.

Apenas hay espacio para otra red (sub)neuronal en la neurona. Puede decidir usted mismo, analizando la función de la neurona, cómo puede implementarla. Hasta donde yo sé, las neuronas de picos biológicamente plausibles están hechas de un simple condensador + resistencia + algo que dispara un pico si la carga del condensador supera cierto umbral. Nada indica que pueda colocar otra red neuronal en la neurona o que la necesite para simularla.

¿Por qué no plantear la hipótesis de la existencia de humanos dentro de las neuronas o cabezas más pequeñas en la cabeza humana? Una cabeza, hecha de otras cabezas, puede dar más poder.