Les chercheurs de Caltech développent la méthode neuve pour voir les liens neuraux dans les mouches vivantes

L'esprit humain se compose de milliards de neurones de câble ensemble dans des âmes compliquées et la communication par des pouls électriques et des signes chimiques. Bien que les neurologistes aient accompli le progrès en comprenant beaucoup de fonctionnements du cerveau--comme le sommeil de réglementation, enregistrant des souvenirs, et prenant des décisions--la visualisation du « diagramme de câblage » entier des liens neuraux dans tout un cerveau n'est pas possible suivre des méthodes actuellement disponibles. Mais maintenant, utilisant des mouches à fruit de drosophile, les chercheurs de Caltech ont développé une méthode pour voir facilement que les liens neuraux et le flux des transmissions en temps réel dans vivre vole. Le travail est un pas en avant vers produire un plan de liens du cerveau entier de mouche de beaucoup, qui pourraient aider des scientifiques à comprendre les circuits neuraux dans des esprits humains aussi bien.

Un papier décrivant le travail apparaît en ligne dans la question du 12 décembre de l'eLife. La recherche a été faite dans le laboratoire de professeur Carlos Lois de recherches de Caltech.

« Si un technicien électrique veut comprendre comment un ordinateur fonctionne, la première chose que lui ou lui voudrait figurer à l'extérieur est comment les différentes composantes sont câblées entre eux, » dit Lois. « De même, nous devons savoir des neurones sont câblés ensemble afin de comprendre comment le travail de cerveaux. »

Quand deux neurones branchent, ils joignent avec une structure appelée une synapse, un espace par l'entremise desquels le neurone peut envoyer et recevoir les signes électriques et chimiques à ou d'un autre neurone. Même si les neurones multiples sont très proches ensemble, ils ont besoin de synapses pour communiquer vraiment.

Le laboratoire de Lois a développé une méthode pour tracer le flux de données en travers des synapses, TRACT appelée (contrôle de Transneuronal de transcription). Utilisant les mouches à fruit génétiquement conçues de drosophile, la RÉGION permet à des chercheurs d'observer quels neurones « parlent » et quels neurones « écoutent » en incitant les neurones branchés pour produire les protéines rougeoyantes.

Avec la RÉGION, quand un neurone « parle »--ou transmet un signe chimique ou électrique en travers d'une synapse--elle également produira et enverra le long d'une protéine fluorescente qui allume le neurone parlant et ses synapses avec une couleur particulière. Tous les neurones « écoutant » le signe reçoivent cette protéine, qui grippe à une soi-disant molécule de récepteur--génétiquement fonction intégrée par les chercheurs--sur la surface du neurone de réception. Le grippement de la protéine de signe active le récepteur et déclenche le neurone qu'il a fixé à afin de produire ses propres moyens, protéine fluorescente différemment colorée. De cette façon, la transmission entre les neurones devient visible. Utilisant un type de microscope qui peut scruter par un hublot mince a monté la tête en marche, les chercheurs peut observer la lueur colorée des liens neuraux en temps réel pendant que la mouche se développe, des mouvements, et des changements d'expériences de son environnement.

Beaucoup de conditions neurologiques et psychiatriques, telles que l'autisme et la schizophrénie, vraisemblablement sont provoquées par les liens modifiés entre les neurones. Utilisant la RÉGION, les scientifiques peuvent surveiller les liens neuronaux dans les cerveaux des centaines de mouches chaque jour, leur permettant d'effectuer des comparaisons à différents stades de développement, entre les sexes, et dans les mouches qui ont des mutations génétiques. Ainsi, la RÉGION pourrait être employée pour déterminer comment les différentes maladies perturbent les liens dans des circuits de cerveau. Supplémentaire, parce que les synapses neurales changent au fil du temps, la RÉGION permet la surveillance de la formation et de la destruction de synapse au jour le jour. Pouvant voir comment et quand les neurones forment ou les synapses d'interruption seront critiques à comprendre comment les circuits dans le cerveau se réunissent pendant que l'animal se développe, et comment ils tombent en morceaux avec l'âge ou la maladie.

La RÉGION peut être localisée pour se concentrer dedans sur le câblage de n'importe quel circuit neural particulier d'intérêt, de ce type qui règlent le mouvement, la faim, ou la visibilité. Lois et son groupe ont vérifié leur méthode en examinant des neurones dans le circuit olfactif bien-compris, les neurones responsables de l'odorat. Leurs résultats ont confirmé des caractéristiques existantes concernant le diagramme de câblage de ce circuit particulier. De plus, ils ont examiné le circuit circadien, qui est responsable du cycle de réveil et de sommeil, où ils ont trouvé les liens synaptiques possibles neufs.

La RÉGION, cependant, peut faire plus que produisent les diagrammes de câblage. Les mouches transgéniques peuvent être génétiquement conçues de sorte que la technique incite recevoir des neurones pour produire les protéines qui ont un fonctionnement, plutôt que les protéines colorées qui tracent simplement des liens.

« Nous pourrions employer les protéines fonctionnelles pour demander, « que se produit dans la mouche si j'amortis tous les neurones qui reçoivent l'entrée de ce un neurone ? «  » dit Lois. « Ou, réciproquement, « que se produit si j'effectue les neurones qui sont branchés à ce neurone hyperactif ? « Notre technique nous permet non seulement de produire un diagramme de câblage du cerveau, mais de modifier également génétiquement le fonctionnement des neurones dans un circuit de cerveau. »

Les méthodes précédentes pour examiner les liens neuraux étaient longues et de main-d'oeuvre, concernant des milliers de parts minces d'un cerveau reconstruit dans une structure en trois dimensions. Un laboratoire utilisant ces techniques a pu seulement fournir un tableau pour un unique, petit morceau de cerveau de fruit-mouche par an. Supplémentaire, ces approches n'ont pas pu être exécutées sur les animaux vivants, le rendant impossible de voir comment des neurones communiqués en temps réel.

Puisque la méthode de RÉGION est complet génétiquement codée, il est idéal pour l'usage dans les animaux de laboratoire tels que la drosophile et les zebrafish ; éventuel, Lois espère mettre en application la technique chez les souris pour activer le traçage neural d'un cerveau mammifère. La « RÉGION est un outil neuf qui nous permettra de produire des diagrammes de câblage des cerveaux et de déterminer le fonctionnement des neurones branchés, » il dit. « Cette information fournira des indices importants vers comprendre le fonctionnement complexe de l'esprit humain et de ses maladies. »