Сконструйований білок розкриває приховану мову нашого мозку
Вивчення активності клітин мозку ніколи не було таким простим. Центральна нервова система неймовірно складна, і розплутування щільної мережі біоелектричних сигналів усередині неї схоже на спробу скласти пазл із 85 мільярдів частин. Одна з найбільших проблем у цій справі полягає в тому, що раніше дослідники могли вимірювати лише сигнали, які генерують окремі клітини мозку, а не те, що вони отримують.
Тепер білок із дуже незвичайною назвою дав нейробіологам можливість поглянути на сигнали, які надходять у клітини мозку.
читати далі: Мікрочіп мозку, менший за крупинку солі, надсилає дані за допомогою лазерних і супутникових технологій
Побудова білка iGluSnFR4
Ретельно модифікований білок, розроблений командою з Інституту Аллена та дослідницького містечка Джанелія в Медичному інституті Говарда Хьюза, записує складні хімічні сигнали, які електрично активні нейрони використовують для спілкування. Найпоширеніша з цих хімічних речовин називається глутамат. Він необхідний для таких процесів мозку, як мислення та пам’ять.
Оскільки він визначає рівні глутамату, що вивільняються нейронами, його назвали iGluSnFR4 (“Glu sniffer”). Новий природні методи Paper Glue Sniffer представляє останнє покоління Proteus, долаючи значні перешкоди, з якими стикалися попередні версії.
виявлення сигналів у мозку
Щоб зрозуміти, чому такі інструменти, як нюхач клею, користуються таким попитом у нейронауці, важливо зрозуміти, як працює мозкова сигналізація. Вихід одного нейрона (відносно) простий для розуміння. Ці клітини виробляють електричні сигнали, які проходять по кабелеподібних аксонах, поки не досягнуть зони передачі нейрона, яка називається синапсом, де вони перетворюються на хімічні месенджери, які називаються нейромедіаторами, наприклад глутамат, який може «перестрибувати» проміжок між клітинами.
Те, що викликає цей електричний, а потім і хімічний сигнал, набагато складніше: нейрони отримують нейромедіаторний сигнал від потенційно тисяч інших клітин мозку. Нейрони інтерпретують ці сигнали та визначають, чи повинні вони запускати власні електричні сигнали у відповідь. Однак ці хімічні надходження завжди були занадто слабкими та надто швидкими, щоб їх можна було надійно виміряти.
До білка-аналізатора клею нейробіологи практично не могли почути половину електричних взаємодій, що відбуваються між клітинами нашого мозку.
«Нейробиологи мають дуже хороші способи вимірювання структурних зв’язків між нейронами, і в окремих експериментах ми можемо виміряти те, що говорять деякі нейрони в мозку, але ми не вміємо поєднувати ці два типи інформації. Важче виміряти те, що нейрони говорять іншим нейронам», — сказав у прес-релізі Каспар Подгорскі, співавтор дослідження та нейробіолог з Інституту Аллена.
Протеїни з запахом клею змінюють це.
Подгорський сказав: «Це як читати книгу, де всі слова розкидані, і не розуміти порядку слів і того, як вони розташовані». «Я думаю, що ми тут додаємо зв’язки між цими нейронами, і завдяки цьому ми тепер розуміємо порядок слів на сторінках і їхнє значення».
прислухаючись до прихованих розмов мозку
У новій статті команда показує пару білків, iGluSnFR4f і iGluSnFR4s, які вимірюють гострі сигнали та сигнали, вироблені великими групами клітин мозку відповідно.
Команда продемонструвала, що білок може вимірювати активність мозку миші в серії експериментів, вказуючи на активність через флуоресцентний сигнал, який можна відобразити за допомогою мікроскопа.
Автори сподіваються, що ці інструменти допоможуть нейробіологам зрозуміти обчислення, які забезпечують функціонування мозку. Інструменти також можуть допомогти зрозуміти, що відбувається в нашому мозку, коли передача сигналів глутамату порушується при таких захворюваннях, як шизофренія та епілепсія.
Подгорскі підсумував: «Те, що ми тут винайшли, — це спосіб вимірювання інформації, що надходить до нейронів із різних джерел, і це важлива частина, якої не вистачає в нейронаукових дослідженнях».
читати даліКоли ми народжуємося, наш мозок має попередньо налаштовані інструкції для розуміння світу.
джерело статті
У DiscoverMagazine.com наші автори використовують рецензовані дослідження та високоякісні джерела для наших статей, а наші редактори перевіряють наукову точність та редакційні стандарти. Перегляньте джерела, використані для цієї статті нижче: