По крайней мере, с 1950-х годов ученые предполагают, что мозг является своего рода компьютером, в котором нейроны образуют сложные цепи, которые выполняют огромное количество вычислений каждую секунду. Спустя десятилетия нейробиологи заявляют, что эти мозговые цепи существуют, но технические ограничения не позволяют большинству деталей их вычислений быть доступными.
В исследовании, опубликованном в научном журнале Cell, ученые утверждают, что, наконец-то смогут раскрыть, что происходит в глубоких мозговых цепях во многом благодаря молекуле, которая светится ярче, чем остальные, в ответ на тонкие электрические изменения, которые нейроны используют для выполнения своих вычислений.
Актуальность исследования
В настоящее время одним из лучших способов отследить электрическую активность нейронов являются молекулы, которые загораются в присутствии ионов кальция, в момент, когда один нейрон передает электрический сигнал другому. Но кальций проходит слишком медленно, чтобы уловить все детали всплеска нейрона, и он совсем не реагирует на тонкие электрические изменения, которые приводят к всплеску энергии. Одной из альтернатив является имплантация электродов, но эти имплантаты повреждают нейроны, и нецелесообразно помещать электроды в живых животных.
Материалы и методы исследования
Чтобы решить эти проблемы, ученые во главе с Майклом Линем (Michael Lin) из Института нейронаук Ву Цай (Wu Tsai Neurosciences Institute) сосредоточили внимание на флуоресцентных молекулах, яркость которых напрямую зависит от изменения напряжения в нейронах.
Результаты научного исследования
Авторы исследования использовали новый алгоритм, называемый сверхбыстрым локальным объемным возбуждением, или ULoVE, в котором лазер быстро сканирует несколько точек в объеме вокруг нейрона или все сразу.
«Такие стратегии, в которых каждый лазерный импульс формируется и направляется в нужный объем в ткани, представляют собой оптимальное использование силы света и, мы надеемся, позволят нам регистрировать и стимулировать миллионы мест в мозгу каждую секунду», – говорит Дьедонне.
Ученые показали на мышах, что они могут отслеживать мелкие детали мозговой деятельности в большей части коры мыши, верхних слоях мозга, которые контролируют движение, принятие решений и другие, более высокие когнитивные функции.
«Теперь вы можете смотреть на нейроны в живом мозге мыши с очень высокой точностью, и вы можете отслеживать это в течение длительного периода времени», – добавил Лин.
Помимо всего прочего, данная методика открывает двери для изучения не только того, как нейроны обрабатывают сигналы от других нейронов, но также и того, как вычисления нейронов меняются со временем.
Авторы другого исследования утверждают, что ожирение может повлиять на развитие мозга у детей.
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
