Os pesquisadores de Caltech desenvolvem o método novo para ver conexões neurais em moscas de vida

O cérebro humano é compor de biliões de neurônios prendidos junto em Web intrincadas e na comunicação através dos pulsos elétricos e dos sinais químicos. Embora os neurocientistas fizessem o progresso em compreender muitas funções do cérebro--como o sono de regulamento, armazenando memórias, e fazendo decisões--visualizar de “o diagrama fiação inteiro” de conexões neurais durante todo um cérebro não é possível usando actualmente métodos disponíveis. Mas agora, usando moscas de fruto da drosófila, os pesquisadores de Caltech desenvolveram um método para ver facilmente que as conexões neurais e o fluxo das comunicações no tempo real dentro da vida voam. O trabalho é uma etapa para a frente para a criação de um mapa de muitas conexões do cérebro inteiro da mosca, que poderiam ajudar cientistas a compreender também os circuitos neurais dentro dos cérebros humanos.

Um papel que descreve o trabalho aparece em linha na introdução do 12 de dezembro do eLife. A pesquisa foi feita no laboratório do professor Carlos Lois da pesquisa de Caltech.

“Se um engenheiro electrotécnico quer compreender como um computador funciona, a primeira coisa que ou quereriam figurar para fora são como os componentes diferentes são prendidos entre si,” diz Lois. “Similarmente, nós devemos saber os neurônios são prendidos junto a fim compreender como o trabalho de cérebros.”

Quando dois neurônios conectam, ligam junto com uma estrutura chamada uma sinapse, um espaço através qual o neurônio pode enviar e receber sinais elétricos e químicos a ou de um outro neurônio. Mesmo se os neurônios múltiplos são muito próximos junto, precisam sinapses de comunicar-se verdadeiramente.

O laboratório de Lois desenvolveu um método para seguir a circulação da informação através das sinapses, chamado INTERVALO (controle de Transneuronal da transcrição). Usando moscas de fruto genetically projetadas da drosófila, o INTERVALO permite que os pesquisadores observem que neurônios “estão falando” e que neurônios “estão escutando” alertando os neurônios conectados para produzir proteínas de incandescência.

Com INTERVALO, quando um neurônio “falar”--ou transmite um sinal químico ou elétrico através de uma sinapse--igualmente produzirá e enviará ao longo de uma proteína fluorescente que ilumine acima o neurônio de fala e suas sinapses com uma cor particular. Todos os neurônios “que escutam” o sinal recebem esta proteína, que liga a uma molécula assim chamada do receptor--genetically acessório pelos pesquisadores--na superfície do neurônio de recepção. O emperramento da proteína do sinal activa o receptor e provoca o neurônio que anexou à fim produzir seus próprios, proteína fluorescente diferentemente colorida. Desta maneira, uma comunicação entre os neurônios torna-se visível. Usar um tipo de microscópio que pudesse espreitar através de um indicador fino instalou sobre - - a cabeça da mosca, os pesquisadores pode observar o fulgor colorido de conexões neurais no tempo real como a mosca cresce, nos movimentos, e nas mudanças das experiências em seu ambiente.

Muitas condições neurológicas e psiquiátricas, tais como o autismo e a esquizofrenia, provavelmente são causadas por conexões alteradas entre os neurônios. Usando o INTERVALO, os cientistas podem monitorar as conexões neuronal nos cérebros das centenas de moscas cada dia, permitindo que façam comparações em fases diferentes da revelação, entre os sexos, e nas moscas que têm mutações genéticas. Assim, o INTERVALO poderia ser usado para determinar como as doenças diferentes molestam as conexões dentro dos circuitos do cérebro. Adicionalmente, porque as sinapses neurais mudam ao longo do tempo, o INTERVALO permite a monitoração da formação e da destruição da sinapse de um dia para o outro. Podendo considerar como e quando os neurônios formam ou as sinapses da ruptura serão críticas a compreender como os circuitos no cérebro montam enquanto o animal cresce, e como caem distante com idade ou doença.

O INTERVALO pode ser localizado para centrar-se dentro sobre a fiação de todo o circuito neural particular do interesse, tal como aqueles que controlam o movimento, a fome, ou a visão. Lois e seu grupo testaram seu método examinando os neurônios dentro do circuito olfactivo bem-compreendido, os neurônios responsáveis para o sentido de cheiro. Seus resultados confirmaram dados existentes em relação ao diagrama de fiação deste circuito particular. Além, examinaram o circuito circadiano, que é responsável para o ciclo do acordo e do sono, onde detectou conexões synaptic possíveis novas.

O INTERVALO, contudo, pode fazer mais do que produzem os diagramas de fiação. As moscas transgénicas podem genetically ser projectadas de modo que a técnica alerte a recepção dos neurônios para produzir as proteínas que têm uma função, um pouco do que as proteínas coloridas que seguem simplesmente conexões.

“Nós poderíamos usar proteínas funcionais para pedir, “que acontece na mosca se eu silencio todos os neurônios que recebem a entrada deste um neurônio? “” diz Lois. “Ou, inversamente, “que acontece se eu faço os neurônios que estão conectados a este neurônio hiperativo? “Nossa técnica permite não somente que nós criem um diagrama de fiação do cérebro, mas igualmente alterem genetically a função dos neurônios em um circuito do cérebro.”

Os métodos precedentes para examinar conexões neurais eram demorados e labor - intensivo, envolvendo milhares de fatias finas de um cérebro reconstruído em uma estrutura tridimensional. Um laboratório que usa estas técnicas podia somente render um diagrama para uma única, parte pequena de cérebro da fruto-mosca pelo ano. Adicionalmente, estas aproximações não podiam ser executadas nos animais vivos, fazendo o impossível considerar como os neurônios comunicados no tempo real.

Porque o método do INTERVALO é codificado completamente genetically, é ideal para o uso nos animal de laboratório tais como a drosófila e os zebrafish; finalmente, Lois espera executar a técnica nos ratos para permitir o traçado neural de um cérebro mamífero. O “INTERVALO é uma nova ferramenta que permita que nós criem diagramas de fiação dos cérebros e determinem a função dos neurônios conectados,” ele diz. “Esta informação fornecerá indícios importantes para a compreensão dos funcionamentos complexos do cérebro humano e de suas doenças.”