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I ricercatori sviluppano la nuova tecnica per catturare l'attività del neurone

Molti processi conoscitivi, quale processo decisionale, hanno luogo nei secondi o nei minuti. I neuroscenziati hanno desiderato per catturare l'attività del neurone durante le tali mansioni, ma quel sogno è rimanere evasivo -- finora.

Un gruppo dei ricercatori di Stanford University e del MIT ha sviluppato un modo contrassegnare i neuroni quando si trasformano in in attivo, essenzialmente fornenti un'istantanea della loro attività ad un momento nel tempo. Questo approccio potrebbe offrire le nuove comprensioni significative nella funzione del neurone offrendo la maggior precisione temporale che le tecniche dicontrassegno correnti, che catturano l'attività attraverso le finestre di tempo delle ore o dei giorni.

“Un pensiero o una funzione conoscitiva dura solitamente 30 secondi o un minuto. Quello è l'intervallo di cui stiamo sperando di potere catturare,„ dice il legame di Kay, un assistente universitario nel dipartimento del cervello e delle scienze cognitive al MIT, un membro dell'istituto di Picower per l'apprendimento e la memoria ed uno degli autori senior dello studio, che compare in biotecnologia della natura il 26 giugno.

Il legame prevede che questo strumento potrebbe essere utilizzato per contribuire a decifrare i circuiti neurali in questione nell'apprendimento e nella memoria, fra molte altre possibilità.

Ha sviluppato la tecnologia con l'ex professor Alice la Ting del MIT, che ora è un professore della genetica e della biologia a Stanford ed è egualmente un autore senior del documento. L'autore principale del documento è Wenjing Wang, un postdoc di Stanford.

Strumenti di sogno

Mentre Ting era al MIT, e lega spesso ha funzionato lungo il fiume Charles insieme. L'un giorno circa cinque anni fa, stavano discutendo i loro progetti di sogno. “Alice ha detto, “se voi poteste avere di strumento che corrente non esiste, che cosa avreste? “Ed ho detto che avrei gradito posso definire dal punto di vista funzionale le popolazioni dei neuroni e poi studiarli,„ richiami del legame.

Gli strumenti attuali permettono che i ricercatori costruiscano le celle in modo che quando i neuroni accendono un gene chiamato cfos, che aiuta le celle a rispondere a nuove informazioni, egualmente accendano un gene artificialmente presentato per una proteina fluorescente o un'altra molecola d'etichettatura. Il sistema è progettato in modo che questo che contrassegna abbia luogo soltanto quando gli animali sono esposti ad una droga che attiva il sistema, dante a scienziati il controllo sopra la sincronizzazione -- ma controllo non molto preciso.

“Quegli strumenti attività-dipendenti sono stati enorme impactful, ma quegli strumenti lavorano realmente soltanto alla scala cronologica di una coppia di giorni,„ il legame dice. “Se pensate alla velocità del codice neurale, sta gestendo più al passo dei millisecondi. Che cosa ho voluto era uno strumento che potremmo utilizzare per catturare un'istantanea di attività ad un momento dato.„

I ricercatori hanno progettato il loro strumento per rispondere a calcio, perché i neuroni avvertono un cambiamento continuo degli ioni del calcio ogni volta che infornano un impulso elettrico. Tuttavia, i neuroni sono contrassegnati soltanto se questo cambiamento continuo del calcio accade mentre la cella egualmente è esposta ad un raggio di indicatore luminoso blu consegnato dai ricercatori.

Questa combinazione di attività del calcio e di esposizione alla luce avvia l'attivazione di un fattore di trascrizione che accende un gene dell'obiettivo che i ricercatori hanno costruito nelle celle il genoma. Questo gene potrebbe codificare una proteina fluorescente o niente altro che potrebbero essere usati per contrassegnare o manipolare i neuroni.

In questo studio, i ricercatori hanno dimostrato la tecnica, che chiamano CHIARORE, accendendo una proteina fluorescente rossa chiamata mCherry nei neuroni della corteccia di motore dei mouse mentre hanno funzionato su una pedana mobile.

Questo approccio potrebbe anche essere usato per contrassegnare le celle con le proteine sensibili alla luce che avrebbero permesso i neuroni mirati a siano gestiti dal optogenetics, o le nuove proteine hanno chiamato DREADDS che permettono che i neuroni siano gestiti facendo uso delle droghe della piccolo-molecola. D'importanza, perché tutte componenti dello strumento possono essere consegnate facendo uso dei vettori virali, questo strumento potrebbe essere utilizzato in tutto l'organismo di modello.

Contrassegno rapido

Potendo contrassegnare e poi manipolare gli insiemi dei neuroni che sono attivi durante le mansioni specifiche apra una vasta gamma di studi che sono stati precedentemente impossibili, legame dice. Per esempio, i ricercatori potrebbero studiare che cosa accade mentre il cervello prende le decisioni rapide, risponde agli stimoli connessi con le forti emozioni, o determina quali comportamenti sono appropriati per la situazione attuale.

Per questo genere di studio, è particolarmente importante avere uno strumento che funziona rapidamente perché lo stesso neurone può partecipare alle mansioni differenti ai tempi differenti. La versione attuale della tecnica può contrassegnare i neuroni in alcuni minuti.

“Questo è appena uno strumento di prima generazione, ma possiamo già ottenere il contrassegno molto stretto,„ il legame dice. “Ora abbiamo qualcosa cui possiamo lavorare con. Siamo all'interno di intervallo di direzione della precisione temporale di attività neurale.„

Questo genere di strumento potrebbe anche essere utile per lo studio e trattare le malattie, legame dice. Per esempio, gli scienziati potrebbero usarlo per identificare i neuroni malati che causano il morbo di Alzheimer, potenzialmente permettente li di segnare i neuroni con esattezza che devono essere trattati mentre lasciano i neuroni sani vicini soli, dice.

“La cosa che realmente sono eccitato circa è le possibilità cui possiamo ora fare,„ del legame dice. “Sta aprendo questa intera area affinchè la gente possa da esplorare.„