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Les chercheurs développent la technique neuve pour capter l'activité de neurone

Beaucoup de processus cognitifs, tels que la prise de décision, ont lieu dans des secondes ou des minutes. Les neurologistes ont désiré ardemment pour capter l'activité de neurone pendant de telles tâches, mais ce rêve est demeuré évasif -- jusqu'ici.

Une équipe des chercheurs de MIT et d'Université de Stanford a développé une voie de marquer des neurones quand ils deviennent active, fournissant essentiellement un instantané de leur activité à un instant. Cette approche pourrait offrir des analyses neuves significatives dans le fonctionnement de neurone en offrant une précision temporelle plus grande que les techniques de cellule-marquage de courant, qui captent l'activité en travers des hublots de temps des heures ou des jours.

« Une pensée ou une fonction cognitive dure habituellement 30 secondes ou une minute. C'est la gamme de ce que nous espérons pouvoir capter, » dit la relation étroite de Kay, un professeur adjoint dans le service du cerveau et des sciences cognitives au MIT, un membre de l'institut de Picower pour apprendre et mémoire, et un des auteurs supérieurs de l'étude, qui apparaît en biotechnologie de nature le 26 juin.

La relation étroite envisage que cet outil pourrait être utilisé pour aider à déchiffrer les circuits neuraux impliqués en apprenant et la mémoire, parmi beaucoup d'autres possibilités.

Il a développé la technologie avec professeur Alice Ting de MIT d'ancien, qui est maintenant un professeur de génétique et de biologie chez Stanford et est également un auteur supérieur du papier. L'auteur important du papier est Wenjing Wang, un postdoc de Stanford.

Outils rêveurs

Tandis que Ting était au MIT, il et attachent souvent a fait fonctionner le long du Charles River ensemble. Un jour il y a environ cinq ans, ils discutaient leurs projets rêveurs. « Alice a dit, « si vous pourriez-vous avoir un outil qui n'existe pas actuel, qu'auriez-vous ? « Et j'ai dit que je voudrais puisse définir fonctionellement des populations des neurones et les étudier alors, » des rappels de relation étroite.

Les outils existants permettent à des chercheurs de concevoir des cellules de sorte que quand les neurones allument des cfos appelés d'un gène, qui aide des cellules à répondre à l'information neuve, elles allument également un gène artificiellement introduit pour une protéine fluorescente ou une molécule de étiquetage différente. Le système est conçu de sorte que ceci qui marque ait lieu seulement quand les animaux sont exposés à un médicament qui active le système, donnant à des scientifiques le contrôle du calage -- mais contrôle pas très précis.

« Ces outils activité-dépendants ont été énormement impactful, mais ces outils travaillent réellement seulement au calendrier de quelques jours, » la relation étroite indique. « Si vous pensez à la vitesse de l'indicatif neural, il fait fonctionner plus au rythme des millisecondes. Ce que j'ai voulu était un outil que nous pourrions utiliser pour prendre un instantané d'activité à un moment donné. »

Les chercheurs ont conçu leur outil pour répondre au calcium, parce que les neurones remarquent un flux des ions calcium chaque fois qu'ils allument une impulsion électrique. Cependant, les neurones sont seulement marqués si ce flux de calcium se produit tandis que la cellule est également exposée à un faisceau de la lumière bleue fourni par les chercheurs.

Cette combinaison d'activité d'exposition à la lumière et de calcium déclenche l'activation d'un facteur de transcription qui allume un gène cible que les chercheurs ont conçu dans les cellules le génome. Ce gène pourrait coder une protéine fluorescente ou toute autre chose qui pourraient être employées pour marquer ou manipuler des neurones.

Dans cette étude, les chercheurs ont expliqué la technique, qu'ils appellent ÉPANOUISSEMENT, en allumant un mCherry appelé de protéine fluorescente rouge dans les neurones de cortex moteur des souris pendant qu'ils faisaient fonctionner sur un tapis roulant.

Cette approche pourrait également être employée pour marquer des cellules avec les protéines sensibles à la lumière qui permettraient aux neurones visés d'être réglés par optogenetics, ou les protéines neuves DREADDS appelé qui permettent à des neurones d'être réglés utilisant la petite molécule dope. D'une manière primordiale, parce que toutes les composantes d'outil peuvent être fournies utilisant les vecteurs viraux, cet outil pourrait être utilisé dans n'importe quel organisme modèle.

Marquage rapide

En pouvant marquer et puis manipuler des ensembles de neurones qui sont en activité pendant des tâches spécifiques ouvrez un large éventail d'études qui ont étées précédemment impossibles, relation étroite dit. Par exemple, les chercheurs pourraient vérifier ce qui se produit pendant que le cerveau prend des décisions rapides, répond aux stimulus liés aux émotions fortes, ou détermine quels comportements sont appropriés pour la situation actuelle.

Pour ce genre d'étude, il est particulièrement important d'avoir un outil qui fonctionne rapidement parce que le même neurone peut être impliqué dans différentes tâches à différentes heures. La version en cours de la technique peut marquer des neurones dans quelques minutes.

« C'est juste un outil de première génération, mais nous pouvons déjà obtenir le marquage très serré, » la relation étroite indique. « Maintenant nous avons quelque chose avec laquelle nous pouvons travailler. Nous sommes dans la marge heurtante de la précision temporelle de l'activité neurale. »

Ce genre d'outil pourrait également être utile pour étudier et le traitement des maladies, relation étroite indique. Par exemple, les scientifiques pourraient l'employer pour recenser les neurones malades qui entraînent la maladie d'Alzheimer, leur permettant potentiellement d'indiquer exactement les neurones qui doivent être traités tout en laissant les neurones sains avoisinants seuls, il dit.

« La chose que je suis réellement excité environ est les possibilités ce que nous pouvons maintenant faire, » de relation étroite dit. « Elle ouvre cet endroit entier pour que les gens puissent explorer. »