I ricercatori di Caltech pianificano le vie dei neuroni responsabili dei danni del motore di Parkinson

Poiché miliardi di neuroni sono imballati nel nostro cervello, i circuiti di un neurone che sono responsabili del gestire i nostri comportamenti sono dalla necessità altamente mescolata. Questo Web aggrovigliato la fa complicato affinchè gli scienziati determini esattamente che i circuiti fanno che cosa. Ora, facendo uso di due tecniche di laboratorio pionieristiche a in parte a Caltech, i ricercatori di Caltech hanno pianificato le vie di un insieme dei neuroni responsabili dei generi di danni del motore--come camminata di difficoltà--trovato in pazienti con la Malattia del Parkinson.

Il lavoro--dal laboratorio di Viviana Gradinaru (BS '05), assistente universitario di biologia ed assistenza tecnica biologica--è stato pubblicato il 20 aprile nel Neurone del giornale.

In pazienti con la Malattia del Parkinson, i disordini e la difficoltà di andatura con bilanciamento sono causati spesso tramite la degenerazione di un tipo specifico di neurone--neuroni colinergici chiamati--in una regione del tronco cerebrale ha chiamato il nucleo di pedunculopontine (PPN). Il Danneggiamento di questa stessa popolazione dei neuroni nel PPN egualmente è collegato aa comportamenti ed ai aa disordini basati a ricompensa, quale dipendenza.

Precedentemente, i ricercatori non avevano potuti districare i circuiti neurali che provengono dal PPN per capire come sia le dipendenze che danni del motore di Parkinson sono modulati all'interno della stessa popolazione delle celle. Ancora, questa incertezza ha creato una barriera a trattare quei sintomi del motore. Dopo tutto, in profondità stimolo del cervello--in cui un'unità è inserita nel cervello per consegnare gli impulsi elettrici ad una regione mirata a--può essere usato per correggere le difficoltà del bilanciamento e di camminata in questi pazienti, ma senza sapere esattamente che la parte del PPN all'obiettivo, la procedura può piombo ai risultati misti.

“I circuiti responsabili del gestire i nostri comportamenti non sono, dove questo lato fa la locomozione e questo lato ricompensa,„ Gradinaru piacevolmente allineato dice e questa disposizione disordinata risulta dal modo che i neuroni sono strutturati. Molto mentre un albero avanza nella terra con le root lunghe, neuroni si compone di un corpo cellulare e di un assone del tipo di stringa lungo che possono divergere ed aggettare altrove nelle aree differenti del cervello. A causa di questa forma, i ricercatori hanno realizzato che potrebbero seguire “le root„ del neurone ad un'area del cervello più di meno ammucchiato che il PPN. Ciò li permetterebbe più facilmente allo sguardo ai due comportamenti molto differenti e come sono applicati.

Cheng Xiao, un ricercatore senior a Caltech e primo autore sullo studio, ha cominciato dalla mappatura dadelle proiezioni dei neuroni colinergici nel PPN di un ratto facendo uso di una tecnica sviluppata dal laboratorio di Gradinaru chiamato Tecnica di Passive CLARITY, o dal PATTO. In questa tecnica, una soluzione di prodotti chimici si applica al cervello; i prodotti chimici dissolvono i lipidi nel tessuto e rendono quella regione del cervello otticamente trasparente--trasparente, in altre parole--e capace di prendere gli indicatori fluorescenti che possono contrassegnare i tipi differenti di neuroni. I ricercatori potrebbero poi seguire il percorso dei neuroni di PPN di interesse, tracciati da una proteina fluorescente, semplicemente guardando con il resto del cervello.

Facendo Uso di questo metodo, Gradinaru e Xiao potevano rintracciare gli assoni dei neuroni di PPN come hanno avanzato in due regioni del mesemcefalo: il nigra ventrale di substantia, un'area del punto di riferimento per la Malattia del Parkinson che precedentemente era stata associata con locomozione; e l'area tegmental ventrale, una regione del cervello che precedentemente era stato associato con ricompensa.

Dopo, i ricercatori hanno usato una tecnica elettrica della registrazione per tenersi al corrente dei segnali inviati dai neuroni di PPN--confermando che questi neuroni, infatti, comunicano con le loro strutture a valle associate nel mesemcefalo. Poi, gli scienziati hanno continuato a determinare come questa popolazione specifica dei neuroni pregiudica il comportamento. Per fare questo, hanno usato una tecnica che Gradinaru contribuito per svilupparsi ha chiamato optogenetics, che permette che i ricercatori manipolino le attività neurali--in questo caso, eccitando o inibendo le proiezioni neurali di PPN nel mesemcefalo--facendo uso dei colori differenti di indicatore luminoso.

Facendo Uso dell'approccio optogenetic in ratti, i ricercatori hanno trovato che eccitare le proiezioni di un neurone nel nigra ventrale di substantia avrebbe stimolato l'animale camminare intorno al suo ambiente; al contrario, potrebbero fermare il movimento dell'animale inibendo queste stesse proiezioni. Ancora, hanno trovato che potrebbero stimolare il comportamento alla ricerca di ricompensa eccitando le proiezioni di un neurone nell'area tegmental ventrale, ma potrebbero causare il comportamento che ha avversione inibendo queste proiezioni.

“I Nostri risultati mostrano che i neuroni colinergici dal PPN effettivamente hanno un ruolo nel gestire entrambi i comportamenti,„ Gradinaru dice. “Sebbene i neuroni molto densamente siano imballati e mescolati, queste vie, in parte, sono dedicate ai comportamenti molto specializzati.„ Determinando quali vie sono associate con cui i comportamenti potrebbero anche migliorare i trattamenti futuri, aggiunge.

“Nel Passato è stato difficile da mirare al trattamento al PPN perché i neuroni specifici connessi con i comportamenti differenti sono mescolati alla sorgente--il PPN. I Nostri risultati indicano che potreste mirare alle proiezioni axonal nel nigra di substantia per i disordini di movimento ed alle proiezioni nell'area tegmental ventrale per i disordini della ricompensa, mentre la dipendenza è,„ Gradinaru dite. Inoltre, nota, queste proiezioni nel mesemcefalo è molto più facile da accedere a chirurgicamente che la loro sorgente nel PPN.

Sebbene questi nuove informazioni potrebbero informare i trattamenti clinici per la Malattia del Parkinson, il PPN è soltanto una regione del cervello e ci sono molti altri esempi importanti della connettività che devono essere esplorati, Gradinaru dice. “Questi risultati evidenziano l'esigenza delle mappe funzionali ed anatomiche cervello di ampiezza di queste proiezioni di un neurone a lungo raggio; abbiamo indicato che lo schiarimento e il optogenetics del tessuto stanno permettendo alle tecnologie nella creazione di queste mappe.„

Sorgente: Istituto di Tecnologia di California