加利福尼亞理工學院研究員開發新的方法發現在居住的蒼蠅的神經系統的連接數

人腦由在複雜萬維網和溝通一起架線的數十億神經元組成通過電子脈衝和化工信號。 雖然神經科學家取得了在瞭解腦子的許多功能的進展--例如調控的休眠,存儲內存和做出決策--形象化整個 「接線圖」在腦子中的神經系統的連接數使用現在可以得到的方法不是可能的。 使用果蠅果蠅,但是現在,加利福尼亞理工學院研究員開發一個方法容易地發現神經系統的連接數和通信流在居住內的實時飛行。 這個工作是進步往創建整個蒼蠅腦子的許多連接數的映射,可能幫助科學家瞭解在人腦內的神經系統的電路。

描述這個工作的文件出現在線於 eLife 的 12月 12日問題。 這個研究在加利福尼亞理工學院研究卡洛斯 Lois 教授完成實驗室。

「如果一位電機工程師要知道計算機如何運轉,他或她會要推測是的第一件事情不同的要素如何彼此架線」, Lois 說。 「同樣,我們必須知道神經元如何一起架線為了知道如何腦力勞動」。

當二個神經元連接時,他們與稱突觸的結構一起鏈接,一個空間通過哪個神經元可能發出和收到電子和化工信號到/從另一個神經元。 即使多個神經元非常靠近,他們需要染色體結合正確地溝通。

Lois 實驗室開發了跟蹤的信息流一個方法在染色體結合間的,稱 TRACT (副本 Transneuronal 控制)。 使用基因上設計的果蠅果蠅,短文允許研究員觀察哪些神經元 「聯繫」,并且哪些神經元 「通過提示被連接的神經元生產發光的蛋白質聽着」。

短文,當神經元 「聯繫」--或者傳輸在突觸間的一個化工或電信號--它沿打開聯繫的神經元和其染色體結合與一個特殊顏色的螢光蛋白質也將生產并且發送。 「聽」這個信號的所有神經元接受此蛋白質,束縛對一個所謂的感受器官分子--由研究員的基因內建--在接受神經元的表面。 信號蛋白質的捆綁激活它附有對為了生產其自己的感受器官并且觸發神經元,不同地色的螢光蛋白質。 這樣,神經元之間的通信變得可視。 使用可能通過一稀薄的視窗凝視顯微鏡的類型在實時,當這隻蒼蠅增長,移動和經驗變化安裝了進行中的題頭,研究員能觀察神經系統的連接數五顏六色的煥發在其環境上。

許多神經學和精神病學的條件,例如孤獨性和精神分裂症,認為由神經元之間的修改過的連接數造成。 使用短文,科學家能每天監控在數百腦子的神經細胞的連接數蒼蠅,給他們做比較在發展不同的階段,在性別之間和在有基因變化的蒼蠅。 因此,短文可能用於確定不同的疾病如何心緒不寧在腦子電路內的連接數。 另外,因為神經系統的染色體結合隨著時間的推移更改,短文每天允許突觸形成和破壞監控。 能發現神經元如何並且何時形成或中斷染色體結合對知道至關重要在腦子的電路如何聚集,當這個動物增長,并且他們如何散開以年齡或疾病。

短文可以局限化著重所有特殊神經系統的電路接線利益,例如控制移動、飢餓或者遠見的那些。 Lois 和他的組通過檢查在瞭解溴覺電路內的神經元測試了他們的方法,神經元負責對嗅覺。 他們的結果確認了關於此特殊電路的接線圖的現有數據。 另外,他們檢查生理節奏的電路,對醒來和休眠循環負責,他們檢測新的可能的突觸神經的連接數。

短文,然而,比導致接線圖。 基因改造的蒼蠅可以基因上被設計,以便這個技術提示接受神經元生產有一個功能的蛋白質,而不是跟蹤連接數的五顏六色的蛋白質。

「我們可能使用功能蛋白質要求, 『什麼發生在這隻蒼蠅,如果我沉默從此一個神經元接受輸入的所有神經元?』」 Lois 說。 「或,相反地, 『什麼發生,如果我做被連接到活動過度此的神經元的神經元?』 我們的技術不僅允許我們創建腦子的接線圖,而且基因上修改神經元的功能在腦子電路的」。

檢查的神經系統的連接數早先方法費時和勞動密集型,介入千位薄片腦子重建到一個三維結構。 使用這些技術的一個實驗室能只產生果子蒼蠅腦子一個,小的部分的繪製每年。 另外,這些途徑如何在活動物不能進行,使它不可能發現在實時傳達的神經元。

由於短文方法完全地基因上被輸入,是理想的用於實驗室動物例如果蠅和 zebrafish; 根本地, Lois 希望實施在鼠標的技術啟用哺乳動物的腦子的神經系統的跟蹤。 「短文是將允許我們創建腦子接線圖和確定被連接的神經元的功能的一套新工具」,他說。 「此信息將提供往瞭解人腦和其疾病的複雜工作的重要線索」。

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