For første gang har forskere været i stand til at se neuroner i hjernen i et levende dyr ændring i lyset af indhøstede erfaringer.
Takket være et nyt billedbehandlingssystem, forskere ved MIT Picower Institut for Læring og hukommelse har fået en hidtil uset kig ind i, hvordan gener forme hjernen som reaktion på miljøet. Deres arbejde er rapporteret i Cell .
"Dette arbejde repræsenterer et teknologisk gennembrud," siger første forfatter Kuan Hong Wang, en forsker ved Picower Institute, der vil lancere sit eget laboratorium på National Institute of Mental Health i efteråret. "Dette er den første undersøgelse, som viser evnen til direkte at visualisere den molekylære aktivitet af individuelle neuroner i hjernen af levende dyr på en enkelt-celle opløsning, og at observere forandringer i aktiviteten i samme neuroner som reaktion på ændringer i miljøet på daglig basis for en uge. "
Dette forskud, kombineret med andre hjerne sygdomme modeller, kunne "sikre en enestående fordele i forståelsen af patologiske processer i realtid, hvilket fører til potentielle nye lægemidler og behandlinger for et væld af neurologiske sygdomme og psykiske lidelser," siger Nobelprismodtageren Susumu Tonegawa, en co- forfatter af undersøgelsen.
Tonegawa, direktør for Picower Institut og Picower professor i biologi og neurovidenskab ved MIT, Wang og hans kolleger fandt, at visuelle oplevelse inducerer et protein, der fungerer som en molekylær "filter" for at øge den samlede selektiviteten af hjernens reaktioner på visuelle stimuli.
Det protein, der kaldes "Arc", er tidligere blevet fundet i hippocampus, hvor det menes at hjælpe gemme varige minder ved at styrke synapser, forbindelserne mellem neuroner. Den Picower Instituttets uventede resultat var, at Arc også blokerer aktiviteten af neuroner med lav orientering selektivitet, der ikke er godt "tunet" til lodrette og vandrette linjer, samtidig med at neuroner med høj orientering selektivitet.
"Derfor, med hjælp fra Arc, er det overordnede orientering selektivitet i den visuelle cortex skærpet ved visuel oplevelse," som et kamera, der lærer at fokusere bedre med tiden, sagde Wang. Hvad mere er, sagde han, "vi mistanke om, at denne molekylære filtrering mekanisme også kan finde anvendelse på andet edb-systemer i hjernen."
Selvom baby dyr er født med en håndfuld af neuroner tunet til at reagere på kanterne af lys på bestemte retningslinjer, evnen til at opdage disse retningslinjer forbedrer med erfaring. Jo mere dyret udsættes for former, objekter og lys, jo bedre kan opfatte dem.