Glow mendedahkan komunikasi neuron

Protein pendarfluor di otak tikus bertindak balas terhadap potensi tindakan

Potensi tindakan © MPI untuk Penyelidikan Perubatan
membaca dengan kuat

Membuat proses pemikiran dilihat: Pasukan saintis antarabangsa telah berjaya secara optik memvisualisasikan potensi tindakan individu dalam otak haiwan hidup. Menggunakan vektor gen virus, para penyelidik menyeludup dalam protein fluorescent sebagai penunjuk dalam sel otak tikus: Sebuah luminaire kini mengungkapkan mana neuron berkomunikasi satu sama lain pada masa apa.

Kaedah penyelidik baru yang diketuai oleh Mazahir Hasan dari Institut Penyelidikan Perubatan Max Planck di Heidelberg membolehkan untuk memerhatikan aktiviti otak selama beberapa bulan. Tetapi ia juga menawarkan pendekatan baru, sebagai contoh, untuk mengesan kerosakan awal pada penyakit saraf seperti Alzheimer dan Parkinson.

Protein pendarfluor juga dapat menjelaskan bagaimana proses penuaan normal mempengaruhi komunikasi sel-sel saraf, menurut para saintis dalam jurnal Nature Methods.

Umschlagplatz untuk maklumat yang berharga

Saraf saraf adalah hab besar untuk maklumat yang berharga. Hidung, mata, telinga dan deria lain melihat persekitaran kita melalui pelbagai antena, reseptor yang dipanggil. Rangsangan banyak kemudian disalurkan ke neuron. Dan di hab ini - otak manusia mengira hampir 100 bilion sel saraf - semua maklumat ini dikumpulkan, diproses, dan akhirnya dihantar ke pusat otak tertentu.

Untuk tujuan ini, sel saraf menggunakan cara pengangkutan khas: apa yang dipanggil potensi tindakan - ia mengodkan maklumat dan dengan itu membolehkan komunikasi antara sel-sel saraf. paparan

Kalsium sebagai isyarat permulaan

Potensi tindakan sedemikian adalah kebangkitan elektrik dan timbul apabila sel-sel saraf kita menerima maklumat mengenai rangsangan yang ditemui: Voltan di seluruh membran sel neuron berubah dan saluran ion yang berbeza terbuka dan tutup mengikut corak yang sangat spesifik. Sebelum sel saraf menghantar maklumat mengenai rangsangan, ion kalsium mengalir ke dalam sel saraf - isyarat mula untuk aliran data dari satu neuron ke seterusnya.

Setakat ini, potensi tindakan telah diukur dan digambarkan dengan mikroelekrod. Tetapi dengan cara ini hanya sebilangan sel yang terhad dapat dipintas semasa komunikasi mereka. Walau bagaimanapun, dengan kaedah ini, tidak mungkin para saintis mencatat komunikasi saraf dalam tempoh yang lebih lama atau bahkan dengan haiwan bergerak secara bebas.

Protein pendarfluor

Ini boleh berubah dari sekarang. Sebagai sebahagian daripada kerjasama antarabangsa yang intensif, Hasan telah melihat secara visualnya neuron dalam tetikus, menembak satu potensi tindakan tunggal. Oleh itu, komunikasi seluruh kumpulan neuron dapat diperhatikan dalam jangka waktu yang panjang. Sudah pada tahun 2004, penyelidik menarik perhatian ketika dia adalah yang pertama menunjukkan bahawa protein fluorescent pada dasarnya sesuai untuk memvisualisasikan kegiatan di otak tikus.

Sekarang, Hasan menggunakan protein sensor yang dipanggil D3cpv, yang dihasilkan oleh Amy Palmer di makmal Roger Tsien dari University of California di San Diego sebagai kompleks banyak subunit protein interlinked. Dua daripada subunit ini bertindak balas terhadap pengikatan ion kalsium kepada kompleks: protein pendarfluor kuning (YFP) menyala dan kecerahan cyan fluorescent protein (CFP) berkurangan - satu kebetulan yang kemudiannya menjadi penting Harus menjadi kejayaan kajian ini.

Bahan genetik yang sepadan, iaitu arahan pembinaan kompleks protein ini, dimasukkan ke dalam genom virus oleh saintis Max Planck. Ini melayani Hasan dan timnya sebagai gerila untuk memperkenalkan bahan genetik ke dalam otak tikus. Malah, kompleks protein dihasilkan dalam sel-sel saraf pada tetikus "yang dijangkiti". Dan di sini ia berfungsi sebagai penunjuk kalsium: Jika tahap kalsium di dalam sel meningkat - yang mana berlaku untuk setiap potensi tindakan - maka bentuk perubahan D3cpv disebabkan pengikatan kalsium. Kedua-dua protein fluoresen CFP dan YFP lebih dekat bersama, dan pemindahan tenaga antara perubahan CFP dan YFP.

Mikroskop dua-foton digunakan

"Untuk merealisasikan perubahan ini, kami menggunakan mikroskop dua foton yang dikembangkan oleh Winfried Denk, " jelas Hasan. Setiap potensi tindakan tunggal yang timbul sebagai hasil daripada rangsangan alam sekitar menjadi nyata secara nyata di dalam otak melalui cahaya kuning sementara cahaya biru yang dipancarkan berkurang. Mikroskop dua foton kini sangat tepat mengiktiraf kebetulan kedua-dua isyarat pendarfluor, dan secara mendadak mendedahkan sel-sel saraf yang bersentuhan dan berkomunikasi dengan satu sama lain.

Damian Wallace dan Jason Kerr dari Max Planck Institute for Biological Cybernetics di T bingen dapat mengesahkan bahawa rakaman elektrik yang disasarkan aktiviti neuron selepas pembebasan rangsangan menunjukkan perubahan warna tidak berubah Mitos secara sepihak dengan penembakan potensi tindakan. Oleh itu kaedah Hasan menyediakan maklumat tentang sel-sel saraf mana yang bersentuhan antara satu sama lain pada masa apa. Walau bagaimanapun, ia hanya terpakai jika neuron berpotensi mengambil tindakan dengan frekuensi kurang daripada satu hertz.

Maklumat mengenai proses pemikiran kompleks

Para penyelidik dapat menunjukkan untuk kali pertama bahawa penunjuk kalsium genetik memberikan bukti visual mengenai persepsi sistem deria dalam organisme yang lebih tinggi. "Dengan kaedah ini kita dapat lebih memahami bagaimana otak manusia mengatur proses pemikiran yang rumit dan bagaimana, sebagai contoh, ia mengubah banyak tanggapan deria menjadi kenangan lama, " kata Hasan.

Perkembangan yang disebabkan oleh penuaan sel-sel saraf juga boleh difahami. Sekarang kita mempunyai peluang untuk melihat neuron dalam jangka masa yang lama. " Hasan meringkaskan hasilnya. Protein sensor juga sesuai untuk lebih memahami tahap penyakit neurologi sel seperti Alzheimer, penyakit Parkinson dan Huntington.

(idw - Persatuan Max Planck untuk Kemajuan Sains, 25.09.2008 - DLO)