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Os pesquisadores desenvolvem a técnica nova para capturar a actividade do neurônio

Muitos processos cognitivos, tais como a tomada de decisão, ocorrem dentro dos segundos ou das actas. Os neurocientistas longed para capturar a actividade do neurônio durante tais tarefas, mas esse sonho permaneceu indescritível -- até aqui.

Uma equipe de pesquisadores do MIT e da Universidade de Stanford desenvolveu uma maneira de etiquetar os neurônios quando se transformam active, fornecendo essencialmente um instantâneo de sua actividade em um momento a tempo. Esta aproximação poderia oferecer introspecções novas significativas na função do neurônio oferecendo a maior precisão temporal do que as técnicas derotulagem actuais, que capturam a actividade através dos indicadores do tempo das horas ou dos dias.

“Um pensamento ou uma função cognitiva duram geralmente 30 segundos ou uma acta. Aquela é a escala do que nós estamos esperando poder capturar,” diz o laço de Kay, um professor adjunto no departamento do cérebro e de ciências cognitivas no MIT, um membro do instituto de Picower para a aprendizagem e a memória, e um dos autores superiores do estudo, que aparece na biotecnologia da natureza o 26 de junho.

O laço prevê que esta ferramenta poderia ser usada para ajudar a decifrar os circuitos neurais envolvidos na aprendizagem e na memória, entre muitas outras possibilidades.

Desenvolveu a tecnologia com o professor anterior Alice Ting do MIT, que é agora um professor da genética e da biologia em Stanford e é igualmente um autor superior do papel. O autor principal do papel é Wenjing Wang, um postdoc de Stanford.

Ferramentas ideais

Quando Ting estava no MIT, e amarra foi executado frequentemente ao longo do Charles River junto. Um dia aproximadamente cinco anos há, discutiam seus projectos ideais. “Alice disse, “se você poderia ter alguma ferramenta que não existir actualmente, que você teria? “E eu disse que eu gostaria pudesse definir funcional populações dos neurônios e os estudar então,” avisos do laço.

As ferramentas existentes permitem que os pesquisadores projectem pilhas de modo que quando os neurônios giram sobre um gene chamado cfos, que ajude pilhas a responder à informação nova, igualmente girem sobre um gene artificial introduzido para uma proteína fluorescente ou uma outra molécula de colocação de etiquetas. O sistema está projectado de modo que este que etiqueta ocorra somente quando os animais estão expor a uma droga que active o sistema, dando a cientistas o controle sobre o sincronismo -- mas controle não muito preciso.

“Aquelas ferramentas actividade-dependentes foram enorme impactful, mas aquelas ferramentas funcionam realmente somente no calendário de um par dias,” o laço diz. “Se você pensa sobre a velocidade do código neural, está operando mais no ritmo dos milissegundos. O que eu quis era uma ferramenta que nós poderíamos usar para tomar um instantâneo da actividade em um momento dado.”

Os pesquisadores projectaram sua ferramenta responder ao cálcio, porque os neurônios experimentam um fluxo de íons do cálcio todas as vezes que despedem um impulso elétrico. Contudo, os neurônios estão etiquetados somente se este fluxo do cálcio ocorre quando a pilha estiver expor igualmente a um feixe da luz azul entregado pelos pesquisadores.

Esta combinação de actividade da exposição à luz e do cálcio provoca a activação de um factor da transcrição que gire sobre um gene do alvo que os pesquisadores projectem nas pilhas o genoma. Este gene poderia codificar uma proteína fluorescente ou qualquer outra coisa que poderiam ser usadas para etiquetar ou manipular os neurônios.

Neste estudo, os pesquisadores demonstraram a técnica, que chamam ALARGAMENTO, girando sobre uma proteína fluorescente vermelha chamada mCherry nos neurônios do córtice de motor dos ratos enquanto foram executado em uma escada rolante.

Esta aproximação poderia igualmente ser usada para etiquetar pilhas com proteínas sensíveis à luz que permitiriam os neurônios visados fossem controlados pelo optogenetics, ou as proteínas novas chamaram DREADDS que permitem que os neurônios sejam controlados usando drogas da pequeno-molécula. Importante, porque todos os componentes da ferramenta podem ser entregados usando vectores virais, esta ferramenta poderia ser usada em todo o organismo modelo.

Rotulagem rápida

Podendo etiquetar e manipular então grupos de neurônios que são activos durante tarefas específicas abra uma vasta gama de estudos que foram previamente impossíveis, laço diz. Por exemplo, os pesquisadores poderiam investigar o que acontece como o cérebro faz decisões rápidas, responde aos estímulos associados com as emoções fortes, ou determina que comportamentos são apropriados para a situação actuais.

Para este tipo do estudo, é particularmente importante ter uma ferramenta que funcione rapidamente porque o mesmo neurônio pode ser envolvido em tarefas diferentes em horas diferentes. A versão actual da técnica pode etiquetar os neurônios dentro de algumas actas.

“Esta é apenas uma ferramenta da primeiro-geração, mas nós podemos já obter a rotulagem muito apertada,” o laço diz. “Agora nós temos algo que nós podemos trabalhar com. Nós estamos dentro da escala relevante da precisão temporal da actividade neural.”

Este tipo da ferramenta poderia igualmente ser útil para estudar e tratar doenças, laço diz. Por exemplo, os cientistas poderiam usá-lo para identificar os neurônios doentes que causam a doença de Alzheimer, permitindo potencial que localizem os neurônios que precisam de ser tratados ao deixar os neurônios saudáveis próximos sozinhos, diz.

“A coisa que eu sou realmente entusiasmado é aproximadamente as possibilidades o que nós podemos agora fazer,” de laço diz. “Está abrindo esta área inteira para que os povos possam explorar.”