Coraz dokładniejsze badanie neuronów w mózgu

Neurony wykorzystują impulsy elektryczne do przechowywania, przetwarzania i przekazywania informacji. Wcześniej badacze byli w stanie tylko korelować neuronalne reakcje na zmiany środowiskowe i rejestrować reakcje behawioralne po stymulacji neuronów.

W ramach projektu MANIPULATENEURALCODE (Determination of the neural code, or how the brain processes and stores information, by recording and stimulating neural activity in awake behaving mice) badacze dążyli do połączenia tych dwóch podejść. Manipulowanie aktywnością pożądanych neuronów i rejestrowanie ich aktywności pomogłoby w ustaleniu czasoprzestrzennego wzorca aktywności w mózgu, który kontroluje funkcje postrzegania lub aktywność.

Badacze z zespołu projektu z powodzeniem wykorzystali światło do rejestracji i selektywnej manipulacji aktywności neuronów w rozdzielczości jednej komórki przy wykorzystaniu zaawansowanej mikroskopii dwufotonowej. W szczególności opracowali nieinwazyjne narzędzia optogenetyczne wykorzystujące obrazowanie wapniowe do rejestracji i stymulowania kilku neuronów jednocześnie, a także zbadali ich wpływ na zachowanie myszy. Takie podejście jest analizą ilościową sieci neuronalnych.

Na początku naukowcy mogli zlokalizować do 20 wybranych przez użytkownika neuronów do czasoprzestrzennie precyzyjnej aktywacji optogenetycznej u zwierząt przytomnych i zachowujących się normalnie. W rezultacie byli w stanie przeprowadzić fotostymulację tej samej populacji neuronów w różnych warunkach zachowania.

Zestaw narzędzi optogenetycznych opracowanych w ramach projektu MANIPULATENEURALCODE umożliwia wysokoprzepustowe, elastyczne i długoterminowe badanie in vivo mózgu ssaków. Co ważniejsze, ta nieinwazyjna technika jest dokładna i umożliwia badanie funkcjonalnie określonych obwodów neuronalnych w wysokiej rozdzielczości czasoprzestrzennej. Wyniki badań zostały opublikowane w uznanym czasopiśmie branżowym Nature Methods (Packer i in., 2015).

Zestaw narzędzi opracowany w trakcie projektu może umożliwić naukowcom analizę natury kodu neuronowego i zbadanie naturalnego wzorca aktywności w obwodach neuronalnych. W rezultacie naukowcy mogą być w stanie zrozumieć i rozwiązać problem dysfunkcji mózgu w wyniszczających przypadłościach, takich jak zaburzenia lękowe, depresja, uzależnienie, autyzm i zaburzenia ruchu. Miliony osób dotkniętych tymi chorobami może liczyć na lepszą jakość życia.