Os pesquisadores de Caltech traçam para fora caminhos dos neurônios responsáveis para prejuízos do motor de Parkinson

Porque biliões de neurônios são embalados em nosso cérebro, os circuitos neuronal que são responsáveis para controlar nossos comportamentos são pela necessidade misturada altamente. Esta Web tangled fá-la complicada para que os cientistas determinem exactamente que os circuitos fazem que. Agora, usando duas técnicas de laboratório abertas caminho na parte em Caltech, os pesquisadores de Caltech traçaram para fora os caminhos de um grupo de neurônios responsáveis para os tipos de prejuízos do motor--como o passeio da dificuldade--encontrado nos pacientes com doença de Parkinson.

O trabalho--do laboratório de Viviana Gradinaru (BS '05), professor adjunto da biologia e engenharia biológica--foi publicado o 20 de abril no Neurônio do jornal.

Nos pacientes com doença de Parkinson, as desordens e a dificuldade do porte com balanço são causadas frequentemente pela degeneração de um tipo específico de neurônio--neurônios cholinergic chamados--em uma região do brainstem chamou o núcleo do pedunculopontine (PPN). Dano a esta mesma população dos neurônios no PPN é ligado igualmente aos comportamentos e às desordens recompensa-baseados, tais como o apego.

Previamente, os pesquisadores não tinham podido desembaraçar os circuitos neurais que originam no PPN para compreender como os apegos e do motor de Parkinson prejuízos são modulados dentro da mesma população das pilhas. Além Disso, esta incerteza criou uma barreira a tratar aqueles sintomas do motor. Apesar de tudo, profundamente estimulação do cérebro--em qual um dispositivo é introduzido no cérebro para entregar pulsos elétricos a uma região visada--pode ser usado para corrigir dificuldades do passeio e do balanço nestes pacientes, mas sem saber exactamente que a parte do PPN ao alvo, o procedimento pode conduzir aos resultados mistos.

“Os circuitos responsáveis para controlar nossos comportamentos não são, onde este lado faz a locomoção e este lado recompensa,” Gradinaru agradàvel alinhado dizem, e este regime desorganizado elevara da maneira que os neurônios são estruturados. Muito como uma árvore estende na terra com raizes longas, neurônios é compo de um corpo de pilha e de um longo corda-como o axónio que pode divergir e se projectar em outra parte em áreas diferentes do cérebro. Devido a esta forma, os pesquisadores realizaram que poderiam seguir as “raizes” do neurônio a uma área do cérebro aglomerado menos do que o PPN. Isto permiti-los-ia mais facilmente ao olhar nos dois comportamentos muito diferentes e como são executados.

Cheng Xiao, um cientista superior da pesquisa em Caltech e primeiro autor no estudo, começou pelo traço das projecções dos neurônios cholinergic no PPN de um rato usando uma técnica desenvolvida pelo laboratório de Gradinaru chamado Técnica de Passivo CLARIDADE, ou pelo PACTO. Nesta técnica, uma solução de produtos químicos é aplicada ao cérebro; os produtos químicos dissolvem os lipidos no tecido e tornam essa região do cérebro óptica transparente--diáfano, em outras palavras--e capaz de pegar os marcadores fluorescentes que podem etiquetar tipos diferentes de neurônios. Os pesquisadores poderiam então seguir o trajecto dos neurônios de PPN do interesse, marcados por uma proteína fluorescente, simplesmente olhando com o resto do cérebro.

Usando este método, Gradinaru e Xiao podiam seguir os axónio dos neurônios de PPN como estendeu em duas regiões do midbrain: o negro ventral do substantia, uma área do marco para a doença de Parkinson que tinha sido associada previamente com a locomoção; e a área tegmental ventral, uma região do cérebro que tinha sido associado previamente com a recompensa.

Em Seguida, os pesquisadores usaram uma técnica elétrica da gravação para manter-se a par dos sinais enviados pelos neurônios de PPN--confirmando que estes neurônios, de facto, se comunicam com suas estruturas a jusante associadas no midbrain. Então, os cientistas foram sobre determinar como esta população específica dos neurônios afecta o comportamento. Para fazer este, usaram uma técnica que Gradinaru ajudado a se tornar chamasse o optogenetics, que permite que os pesquisadores manipulem actividades neurais--neste caso, excitando ou inibindo as projecções neurais de PPN no midbrain--usando cores diferentes da luz.

Usando a aproximação optogenetic nos ratos, os pesquisadores encontraram que excitar as projecções neuronal no negro ventral do substantia estimularia o animal andar em torno de seu ambiente; pelo contraste, poderiam parar o movimento do animal inibindo estas mesmas projecções. Além Disso, encontraram que poderiam estimular o comportamento recompensa-procurando excitando as projecções neuronal na área tegmental ventral, mas puderam causar o comportamento contrário inibindo estas projecções.

“Nossos resultados mostram que os neurônios cholinergic do PPN têm certamente um papel em controlar ambos os comportamentos,” Gradinaru dizem. “Embora os neurônios muito densa são embalados e misturados, estes caminhos, são dedicados em certa medida aos comportamentos muito especializados.” Determinando que caminhos são associados com que os comportamentos puderam igualmente melhorar os tratamentos futuros, adiciona.

“No perto foi difícil visar o tratamento ao PPN porque os neurônios específicos associados com os comportamentos diferentes são misturados na fonte--o PPN. Nossos resultados mostram que você poderia visar as projecções axonal no negro do substantia para desordens de movimento e projecções na área tegmental ventral para desordens da recompensa, enquanto o apego é,” Gradinaru diz. Além, nota, estas projecções no midbrain é muito mais fácil de alcançar cirùrgica do que sua fonte no PPN.

Embora esta informação nova poderia informar tratamentos clínicos para a doença de Parkinson, o PPN é somente uma região do cérebro e há muito mais exemplos importantes da conectividade que precisam de ser explorados, Gradinaru diz. “Estes resultados destacam a necessidade para mapas funcionais e anatômicos cérebro-largos destas projecções neuronal de longo alcance; nós mostramos que o esclarecimento e o optogenetics do tecido estão permitindo tecnologias na criação destes mapas.”

Source: Instituto de Tecnologia de Califórnia