De onderzoekers van Caltech ontwikkelen nieuwe methode om neurale verbindingen in het leven vliegen te zien

De menselijke hersenen zijn samengesteld die uit miljarden neuronen samen in ingewikkelde Web en het communiceren door elektroimpulsen en chemische signalen worden getelegrafeerd. Hoewel de neurologen vooruitgang in het begrip van de vele functies van de hersenen hebben geboekt--zoals het regelen van slaap, het opslaan van geheugen, en het nemen van besluiten--visualiseren van het volledige „bedradingsdiagram“ van neurale verbindingen door hersenen is niet mogelijk gebruikend nu verkrijgbare methodes. Maar nu, gebruikend de fruitvliegen van het Fruitvliegje, hebben de onderzoekers Caltech een methode ontwikkeld om neurale verbindingen en de stroom gemakkelijk te zien van mededelingen in echt - tijd binnen het leven vliegen. Het werk is een stap voorwaarts naar het creëren van een kaart van de vele verbindingen van de volledige vlieghersenen, die wetenschappers konden helpen de neurale kringen binnen menselijke hersenen eveneens begrijpen.

Een document dat het werk beschrijft lijkt online in 12 December kwestie van eLife. Het onderzoek werd gedaan in het laboratorium van onderzoek Caltech Professor Carlos Lois.

„Als een elektroingenieur wil begrijpen hoe het computerwerk, het eerste ding dat hij of zij zou willen berekenen is hoe de verschillende componenten aan elkaar worden getelegrafeerd,“ zegt Lois. „Zo ook, moeten wij weten hoe de neuronen samen worden getelegrafeerd om te begrijpen hoe de hersenen.“ werken

Wanneer twee neuronen verbinden, verbinden zij samen met een structuur genoemd een synaps, een ruimte waardoor één neuron elektro en chemische signalen verzenden en kan ontvangen aan of van een ander neuron. Zelfs als de veelvoudige neuronen samen zeer dicht zijn, zij synapsen nodig hebben echt mee te delen.

Het laboratorium Lois heeft een methode ontwikkeld om de stroom van informatie over synapsen te vinden, genoemd LANDSTREEK (Controle Transneuronal van Transcriptie). Gebruikend de genetisch gebouwde fruitvliegen van het Fruitvliegje, staat de LANDSTREEK onderzoekers toe om waar te nemen welke neuronen „spreken“ en welke neuronen door de verbonden neuronen aan opbrengs gloeiende proteïnen te veroorzaken „luisteren“.

Met LANDSTREEK, wanneer een neuron „spreekt“--of transmits een chemisch of elektrosignaal over een synaps--het zal ook produceren en zal langs een fluorescente proteïne verzenden die zowel omhoog het sprekende neuron als zijn synapsen met een bepaalde kleur aansteekt. Om het even welke neuronen die aan het signaal „luisteren“ ontvangen deze proteïne, die aan een zogenaamde receptormolecule bindt--genetisch ingebouwd door de onderzoekers--op de ontvangende oppervlakte van het neuron. De band van de signaalproteïne activeert de receptor en brengt het neuron teweeg het aan heeft vastgemaakt om zijn te produceren, verschillend gekleurde fluorescente proteïne. Op deze wijze, wordt de communicatie tussen neuronen zichtbaar. Gebruikend een type van microscoop dat door een dun venster geïnstalleerd hoofd tijdens de vlucht kan turen, kunnen de onderzoekers de kleurrijke gloed van neurale verbindingen in echt waarnemen - de tijd aangezien de vlieg groeit, beweegt, en ervaart veranderingen in zijn milieu.

Vele neurologische en psychiatrische voorwaarden, zoals autisme en schizofrenie, worden verondersteld om door veranderde verbindingen tussen neuronen worden veroorzaakt. Gebruikend LANDSTREEK, kunnen de wetenschappers de neuronenverbindingen in de hersenen van honderden vliegen controleren elke dag, die hen toestaat om vergelijkingen in verschillende stadia van ontwikkeling, tussen de geslachten, en in vliegen te maken die genetische veranderingen hebben. Aldus, zou de LANDSTREEK kunnen worden gebruikt om te bepalen hoe de verschillende ziekten de verbindingen binnen hersenenkringen verstoren. Bovendien, omdat de neurale synapsen in tijd veranderen, staat de LANDSTREEK het toezicht op synapsvorming en vernietiging van toe van dag tot dag. Het kunnen zien hoe en wanneer van de neuronenvorm of onderbreking de synapsen aan het begrip van kritiek zullen zijn hoe de kringen in de hersenen assembleren aangezien het dier groeit, en hoe zij met leeftijd of ziekte uiteenvallen.

De LANDSTREEK kan worden gelokaliseerd om zich binnen op de bedrading van om het even welke bepaalde neurale kring van belang, zoals die te concentreren die beweging, honger, of visie controleren. Lois en zijn groep testten hun methode door neuronen binnen de goed-begrepen reukkring te onderzoeken, de neuronen verantwoordelijk voor de betekenis van geur. Hun resultaten bevestigden bestaande gegevens betreffende de bedradingsdiagram van deze bepaalde kring. Bovendien onderzochten zij de circadiaanse kring, die van de wekkende en slaapcyclus de oorzaak is, waar zij nieuwe mogelijke synaptische verbindingen ontdekten.

De LANDSTREEK, echter, kan meer dan opbrengst bedradingsdiagrammen doen. De transgenic vliegen kunnen genetisch worden gebouwd zodat de techniek het ontvangen van neuronen ertoe aanzet om proteïnen die een functie hebben, eerder dan kleurrijke proteïnen te produceren die eenvoudig verbindingen vinden.

„Wij konden functionele te vragen proteïnen gebruiken, „wat in de vlieg gebeurt als ik alle neuronen tot zwijgen breng die input van dit één neuron ontvangen? „“ zegt Lois. „Of, omgekeerd, „wat gebeurt als ik de neuronen maak die met dit overactieve neuron worden verbonden? „Onze techniek niet alleen staat ons toe om een bedradingsdiagram van de hersenen te creëren, maar ook de functie van neuronen in een hersenenkring genetisch te wijzigen.“

De vorige methodes om neurale verbindingen te onderzoeken waren tijdrovend en intensieve arbeid -, implicerend duizenden dunne die plakken van hersenen in een driedimensionele structuur opnieuw op worden gebouwd. Een laboratorium dat deze technieken gebruikt kon een diagram voor enig slechts opbrengen, reepje van fruitvlieghersenen per jaar. Bovendien, konden deze benaderingen niet op het leven dieren worden uitgevoerd, makend het onmogelijk die te zien hoe neuronen in echt worden meegedeeld - tijd.

Omdat de methode van de LANDSTREEK volledig genetisch wordt gecodeerd, is het ideaal voor gebruik in proefdieren zoals Fruitvliegje en zebrafish; uiteindelijk, hoopt Lois om de techniek in muizen uit te voeren om het neurale vinden van zoogdierhersenen toe te laten. De „LANDSTREEK is een nieuw hulpmiddel dat ons zal toestaan om bedradingsdiagrammen van hersenen te creëren en de functie van verbonden neuronen te bepalen,“ hij zegt. „Deze informatie zal belangrijke aanwijzingen naar het begrip van de complexe werkingen van de menselijke hersenen en zijn ziekten.“ verstrekken

Bron: http://www.caltech.edu/news/new-technology-will-create-brain-wiring-diagrams-80863