Исследователи наблюдают за работой мозга

Впервые ученые смогли наблюдать, как нейроны в мозгу живого животного меняются в ответ на опыт.

Благодаря новой системе визуализации исследователи из Института обучения и памяти Пикауэра Массачусетского технологического института получили беспрецедентный взгляд на то, как гены формируют мозг в ответ на окружающую среду. Об их работе будет рассказано в выпуске Cell от 28 июля.

"Эта работа представляет собой технологический прорыв," сказал первый автор Куан Хун Ван, научный сотрудник Института Пикауэра, который осенью откроет свою собственную лабораторию в Национальном институте психического здоровья. "Это первое исследование, которое демонстрирует способность непосредственно визуализировать молекулярную активность отдельных нейронов в головном мозге живых животных с разрешением одной клетки и наблюдать изменения активности одних и тех же нейронов в ответ на изменения среда ежедневно в течение недели."

Этот прогресс в сочетании с другими моделями заболеваний головного мозга может "предлагают беспрецедентные преимущества в понимании патологических процессов в режиме реального времени, что приводит к появлению потенциальных новых лекарств и методов лечения множества неврологических заболеваний и психических расстройств," сказал лауреат Нобелевской премии Сусуму Тонегава, соавтор исследования.

Тонегава, директор Института Пикауэра и профессор биологии и нейробиологии Массачусетского технологического института, Ван и его коллеги обнаружили, что визуальный опыт вызывает белок, который работает как молекулярный "фильтр" для повышения общей избирательности реакции мозга на визуальные стимулы.

Белок, называемый "Дуга," был ранее обнаружен в гиппокампе, где считается, что он помогает хранить длительные воспоминания, укрепляя синапсы, связи между нейронами. Неожиданное открытие Института Пикауэра заключалось в том, что Arc также блокирует активность нейронов с низкой избирательностью ориентации, которые плохо "настроен" к вертикальным и горизонтальным линиям, сохраняя нейроны с высокой избирательностью ориентации.

"Следовательно, с помощью Arc общая избирательность ориентации в зрительной коре усиливается визуальным опытом," как камера, которая со временем учится лучше фокусироваться, сказал Ван. Более того, он сказал, "мы подозреваем, что этот механизм молекулярной фильтрации может быть применим и к другим системам обработки информации в мозгу."

Хотя детеныши животных рождаются с горсткой нейронов, настроенных так, чтобы реагировать на края света при определенных ориентациях, способность обнаруживать эти ориентации улучшается с опытом. Чем больше животное подвергается воздействию форм, предметов и света, тем лучше оно их воспринимает.

Пластичность – это удивительная способность нейрона или синапса изменяться в ответ на опыт. По словам Ванга, изменения в силе синапсов требуют быстрого синтеза белка, но на молекулярном уровне мало что известно о факторах, способствующих зависимым от опыта изменениям в селективности ориентации в зрительной коре.

Чтобы найти лучший способ исследовать это, команда Массачусетского технологического института разработала современную систему визуализации, в которой прозрачные черепные окна были имплантированы поверх первичной зрительной коры, что позволило исследователям отслеживать с течением времени экспрессию белков в мозг живых мышей.

В исследовании использовалась мощь двухфотонной микроскопии (так называемой, потому что она использует два инфракрасных фотона для излучения флуоресценции в ткани), которая позволяет визуализировать живую ткань глубиной до 1 миллиметра, что достаточно для исследователей, чтобы увидеть белки, экспрессируемые в отдельных нейронах внутри. мозг.

Затем они создали модель мыши, в которой кодирующая часть гена Arc была заменена геном медузы, кодирующим зеленый флуоресцентный белок (GFP). Нейронная активность, которая обычно активирует ген Arc, затем активирует GFP, оставляя флуоресцентный след, обнаруживаемый с помощью двухфотонной микроскопии. Это позволило исследователям визуализировать паттерны нейрональной активации, вызванные визуальным опытом, тем самым раскрывая роль белка Arc в организации реакций нейронов на естественные сенсорные стимулы.

Генно-инженерных мышей выпускали в среду, содержащую цилиндр, покрытый полосами вертикальных или горизонтальных линий, и следили за белками в их мозгу, когда мыши ежедневно видели цилиндры.

Помимо Тонегавы и Ванга, в число авторов входят бывший научный сотрудник Института Пикауэра Аня Маевска; Научный сотрудник Института Пикауэра Джеймс Шаммерс; Брэндон Дж. Фарли, аспирант факультета мозга и когнитивных наук Массачусетского технологического института; Мриганка Сур, заведующая кафедрой мозга и когнитивных наук, и профессор нейробиологии Шерман Фэйрчайлд; и Чэнчэн Ху, профессор Гарвардской школы общественного здравоохранения.

Эта работа поддерживается Национальным институтом здравоохранения, Медицинским институтом Говарда Хьюза и Научно-исследовательским центром неврологии RIKEN-MIT.

Источник: MIT

5 комментариев к “Исследователи наблюдают за работой мозга”

  1. Chicken Wing

    Это я подписался на RSS ленту, но уведомления непонятно почему в обличье мифических знаков. Каким образом перечисленное откорректировать?

Оставьте комментарий