Группа под руководством неврологов из Массачусетского технологического института разработала способ контроля межклеточной координации при том или ином действии, таком как начало движения или обнаружение запаха.
Новая методика визуализации, примененная исследователями и основанная на обнаружении ионов кальция в нейронах, могла бы помочь им выполнить картирование систем мозга, которые выполняют такие функции. Данная методика также позволит по-новому взглянуть на происхождение аутизма, обсессивно-компульсивного расстройства и прочих психических заболеваний, говорит Го Пин Фэнь.
„Чтобы понять психические расстройства мы должны исследовать подопытных животных и выяснять, что происходит у них в мозге, когда животное ведет себя ненормально“, — говорит Фэнь, ассистент в лаборатории Джеймса У. и Патрисии Пойтрас, профессоров неврологии и сотрудников института Макгаверна по исследованиям деятельности головного мозга при Массачусетском технологическом институте. „Это очень мощный инструмент, который действительно поможет нам понять на подопытных животных причину этих заболеваний и исследовать, как мозг функционирует в нормальном состоянии и при патологиях“.
Выполнение любой работы мозга требует функционирования многих нейронов в различных отделах мозга и обеспечение их связи друг с другом. Они обеспечивают эту взаимосвязь, посылая электрические сигналы, вызывающие приток ионов кальция в активные клетки. Использование красителей, которые связываются с кальцием, исследователи обеспечили отображение нейронной активности в нейронах. Тем не менее, мозг содержит тысячи типов клеток, каждые со специфическими функциями и краситель поглощается неселективно всеми клетками, что делает невозможным точное определение кальция в конкретных типах клеток при таком подходе.
Чтобы преодолеть эту проблему, группа под руководством Массачусетского технологического института создала систему визуализации кальция, которая может быть направлена на конкретные типы клеток, используя определенный тип зеленого флуоресцентного белка (GFP). Дзюници Накаи из Университета Сайтама в Японии впервые разработал GFP, который активируется, когда он связывается с кальцием, и один из авторов статьи в „Neuron“, Лорен Луугер из медицинского института Говарда Хьюза модифицировал данный белок так, что его сигнал достаточно сильный, чтобы можно было использовать его на животных.
Затем исследователи из Массачусетского технологического института генетически модифицировали мышей, чтобы обеспечить экспрессию этого белка в типе нейронов, известных как пирамидальные клетки, путем связывания гена с регуляторной последовательностью ДНК, которая активна только в этих клетках. Используя двухфотонную микроскопию для получения изображения клеток при высокой скорости и высоком разрешении, исследователи могут распознать пирамидальные клетки, которые являются активными, когда мозг выполняет конкретную задачу или реагирует на определенные стимулы.
В этом исследовании группа смогла точно распознать клетки в соматосенсорной коре мозга, которые активируются, когда прикасаются к усам у мыши, и обонятельные клетки, которые реагируют на определенные запахи.
В настоящее время исследователи выводят мышей, которые осуществляют экспрессию кальций-чувствительных белков, а также экспрессию симптомов аутизма поведения и обсессивно-компульсивного расстройства. С помощью этих мышей ученые планируют найти последовательности передачи импульсов нейронами, которые отличаются от последовательности у нормальных мышей. Это поможет точно понять, где происходит сбой на клеточном уровне, давая возможность глубже исследовать механизм развития данных заболеваний.
