I ricercatori di Caltech mettono a punto il nuovo metodo per vedere le connessioni neurali in mosche viventi

Il cervello umano è composto di miliardi di neuroni collegati insieme nei Web complessi e nella comunicazione attraverso gli impulsi elettrici ed i segnali chimici. Sebbene i neuroscenziati abbiano realizzato i progressi nella comprensione delle molte funzioni del cervello--quale sonno di regolamentazione, memorizzando le memorie e prendendo le decisioni--prevedere l'intero “schema elettrico„ delle connessioni neurali in tutto un cervello non è possibile facendo uso dei metodi attualmente disponibili. Ma ora, facendo uso delle mosche di frutta della drosofila, i ricercatori di Caltech hanno messo a punto un metodo per vedere facilmente che le connessioni neurali ed il flusso delle comunicazioni in tempo reale all'interno del vivere vola. Il lavoro è un passo avanti verso la creazione della mappa di molte connessioni dell'intero cervello della mosca, in grado di aiutare gli scienziati a capire i circuiti neurali all'interno dei cervelli umani pure.

Un documento che descrive il lavoro compare online nell'emissione del 12 dicembre di eLife. La ricerca è stata effettuata nel laboratorio del professor Carlos Lois della ricerca di Caltech.

“Se un elettrotecnico vuole capire come un computer funziona, la prima cosa che lui o lei vorrebbe capire è come le componenti differenti sono collegate l'un l'altro,„ dice Lois. “Similmente, dobbiamo sapere i neuroni sono collegati insieme per capire come lavoro di cervelli.„

Quando due neuroni connettono, si collegano insieme ad una struttura chiamata una sinapsi, uno spazio attraverso cui il neurone può inviare e ricevere i segnali elettrici e chimici a o da un altro neurone. Anche se i neuroni multipli sono insieme molto vicini, hanno bisogno delle sinapsi vero di comunicare.

Il laboratorio di Lois ha messo a punto un metodo per il rintracciamento del flusso di informazione attraverso le sinapsi, chiamato TRACT (controllo di Transneuronal di trascrizione). Facendo uso delle mosche di frutta geneticamente costruite della drosofila, il TRATTO permette che i ricercatori osservino quali neuroni “stanno parlando„ e quali neuroni “stanno ascoltando„ spingendo i neuroni connessi per produrre le proteine d'ardore.

Con il TRATTO, quando un neurone “parla„--o trasmette un segnale chimico o elettrico attraverso una sinapsi--egualmente produrrà ed invierà lungo una proteina fluorescente che illumina sia il neurone di conversazione che le sue sinapsi con un colore particolare. Tutti i neuroni “che ascoltano„ il segnale ricevono questa proteina, che lega ad una cosiddetta molecola del ricevitore--geneticamente accessorio dai ricercatori--sulla superficie del neurone di ricezione. L'associazione della proteina del segnale attiva il ricevitore ed avvia il neurone che ha fissato a per produrre il sui propri, proteina fluorescente diversamente colorata. In questo modo, la comunicazione fra i neuroni diventa visibile. Facendo uso di un tipo di microscopio che può scrutare attraverso una finestra sottile ha installato la testa al volo, i ricercatori può osservare l'incandescenza variopinta delle connessioni neurali in tempo reale mentre la mosca si sviluppa, i movimenti ed i cambiamenti di esperienze nel suo ambiente.

Molti termini neurologici e psichiatrici, quali autismo e la schizofrenia, probabilmente sono causati tramite le connessioni alterate fra i neuroni. Facendo uso del TRATTO, gli scienziati possono riflettere le connessioni di un neurone nei cervelli delle centinaia di mosche ogni giorno, permettendoli di fare i confronti nelle fasi differenti dello sviluppo, fra i sessi ed in mosche che hanno mutazioni genetiche. Quindi, il TRATTO potrebbe essere usato per determinare come le malattie differenti perturbano le connessioni all'interno dei circuiti del cervello. Ulteriormente, perché le sinapsi neurali cambiano col passare del tempo, il TRATTO permette il video della formazione e della distruzione della sinapsi da un giorno all'altro. Potendo vedere come e quando i neuroni si formano o le sinapsi della rottura saranno critiche a capire come i circuiti nel cervello montano mentre l'animale si sviluppa e come vanno in pezzi con l'età o la malattia.

Il TRATTO può essere localizzato per mettere a fuoco dentro sui collegamenti di tutto il circuito neurale particolare di interesse, come quelli che gestiscono il movimento, la fame, o la visione. Lois ed il suo gruppo hanno verificato il loro metodo esaminando i neuroni all'interno del circuito olfattivo ben recepito, i neuroni responsabili dell'odorato. I loro risultati hanno confermato i dati attuali per quanto riguarda lo schema elettrico di questo circuito particolare. Inoltre, hanno esaminato il circuito circadiano, che è responsabile del ciclo di sonno e del risveglio, in cui hanno individuato le nuove connessioni sinaptiche possibili.

Il TRATTO, tuttavia, può fare più degli schemi elettrici. Le mosche transgeniche possono geneticamente essere costruite in modo che la tecnica richieda la ricezione dei neuroni per produrre le proteine che hanno una funzione, piuttosto che le proteine variopinte che rintracciano semplicemente le connessioni.

“Potremmo usare le proteine funzionali per chiedere, “che cosa accade nella mosca se faccio tacere tutti i neuroni che ricevono l'input da questo un neurone? “„ dice Lois. “O, per contro, “che cosa accade se faccio i neuroni che sono connessi a questo neurone iperattivo? “La nostra tecnica non solo permette che noi criamo uno schema elettrico del cervello, ma anche geneticamente modifichiamo la funzione dei neuroni in un circuito del cervello.„

I metodi precedenti per l'esame delle connessioni neurali erano che richiede tempo ed ad alto contenuto di manodopera, comprendendo migliaia di fette sottili di cervello ricostruito in una struttura tridimensionale. Un laboratorio facendo uso di queste tecniche ha potuto rendere soltanto un diagramma per un singolo, piccolo pezzo di cervello della frutta-mosca all'anno. Ulteriormente, questi approcci non hanno potuto essere realizzati sugli animali vivi, rendente lo impossible vedere come neuroni comunicati in tempo reale.

Poiché il metodo del TRATTO completamente geneticamente è codificato, è ideale per uso in animali da laboratorio quali la drosofila e gli zebrafish; infine, Lois spera di applicare la tecnica in mouse per permettere al tracciato neurale di un cervello mammifero. “il TRATTO è un nuovo strumento che permetterà che noi criamo gli schemi elettrici dei cervelli e determiniamo la funzione dei neuroni connessi,„ lui dice. “Questi informazioni forniranno le bugne importanti verso la comprensione dei funzionamenti complessi del cervello umano e delle sue malattie.„

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