Jauna Tehnika Atver Logu Smadzeņu Izpētei

{h1}

Optoģenētika ļauj pētniekiem kontrolēt smadzeņu neironu darbību ar gaismas stimulāciju.

Šis raksts Aiz ainas tika piegādāts WordsSideKick.com sadarbībā ar Nacionālo zinātnes fondu.

Pirms maģistrants Eds Boydens noklikšķināja uz pogas, kas 2004. gada 4. augusta nelielajās stundās nosūtīja zilu gaismu, kas pulsēja pa kultivētu smadzeņu šūnu trauku, viņš zināja, ka kaut ko iemācīsies neatkarīgi no tā, kas notika tālāk. Ja kultivētās smadzeņu šūnas turpinātu savu biznesu, netraucējot gaismai, viņš zinātu, ka kaut kas nav gājis kā plānots, un viņš sakrautos un dotos naktī uz mājām. Alternatīvi, ja kultivētās smadzeņu šūnas reaģētu ar elektriskās aktivitātes pārrāvumu, kā viņš iecerējis, viņš vēlā vakara stundā atrastos laboratorijā.

Ar viņu bija labi.

"Esmu liels metodes" izmēģini "ventilators. Ja eksperimentu plānojat kā konstruktīvu neveiksmi, tas ir, ja jūs to projektējat tā, lai tas jums kaut ko pateiktu pat tad, ja tas nedarbojas, tas ir veids, kā sākt izdomāt, kas notiek. "

Kā izrādījās, viņš bija pavadījis ļoti ilgu nakti.

"Mums paveicās, tas darbojās pie pirmā mēģinājuma," saka Boyden.

Veiksmīgais eksperiments tajā naktī 2004. gadā galu galā noveda pie revolucionāras jaunas pētījumu tehnikas, kas pazīstama kā optoģenētika, attīstības. Optoģenētika ļauj zinātniekiem izmantot gaismu, lai precīzi kontrolētu smadzeņu neironu darbību.

Tagad Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta profesors Boydens tiek atzīts par viņa ieguldījumu; Grete Lundbeck Eiropas smadzeņu izpētes fonds viņu ir nosaucis par vienu no sešiem 2013. gada "Prāta balvas" saņēmējiem - prestižo 1 miljona eiro balvu, kas tika izveidota 2010. gadā, lai stimulētu un apbalvotu izcilus smadzeņu pētījumus.

Eds Boydens, Ph.D., ir viens no jauna pētniecības instrumenta, ko sauc par optoģenētiku, izgudrotājiem, kas ļauj zinātniekiem kontrolēt smadzeņu darbību, izmantojot gaismu. Boyden uzskata, ka optoģenētika parādīs, kā smadzenes darbojas normāli, un ļaus pētniekiem noteikt jaunus mērķus smadzeņu traucējumu ārstēšanai.

Eds Boydens, Ph.D., ir viens no jauna pētniecības instrumenta, ko sauc par optoģenētiku, izgudrotājiem, kas ļauj zinātniekiem kontrolēt smadzeņu darbību, izmantojot gaismu. Boyden uzskata, ka optoģenētika parādīs, kā smadzenes darbojas normāli, un ļaus pētniekiem noteikt jaunus mērķus smadzeņu traucējumu ārstēšanai.

Kredīts: Paula Aguilera

Inženierija smadzeņu atklāšanai

No brīža, kad viņš sāka absolventa karjeru Stenfordas universitātē 1999. gada rudenī, Boyden zināja, ka vēlas izmantot savas elektrotehnikas apmācības, lai izprastu smadzenes. Šodien viņš atgādina par daudzajām vēlu nakts prāta vētru sesijām, kuras viņš dalījās ar kolēģi studentu Kārli Deisserotu - arī šī gada Prāta balvas saņēmēju - par iespējamiem veidiem, kā noteikt, kā smadzeņu šūnas darbojas kopā.

Boyden un Deisseroth zināja, ka esošās tehnoloģijas, piemēram, elektriskā stimulācija, to nesagriezīs, kad vajadzēja izprast smadzeņu darbības lielo ainu.

Pirmkārt, zinātnieki nesaprata, vai smadzeņu piepūle ar elektrību palielināja vai samazināja smadzeņu neironu aktivitāti.

Turklāt elektrisko stimulāciju nevar izmantot, lai mērķētu uz noteiktām neironu populācijām. Tāpēc pat tad, kad pētnieki ar elektrisko stimulāciju virmoja tikai nelielu smadzeņu zonu, viņi nevarēja noteikt, kurš no daudzajiem neironu veidiem šajās zonās izraisīja izmaiņas.

"Mēs centāmies strādāt atpakaļ, lai izprastu smadzenes kopumā," saka Boyden. "Mēs gribējām izgudrot instrumentus, kas mūs tur nogādās."

Gaismas izmantošana kā smadzeņu izpētes līdzeklis

Fransisko Kriks no DNS atklājošā dueta Vatsona un Krika pirmo reizi ierosināja ideju par gaismas izmantošanu smadzeņu darbības kontrolei 1999. gadā.

Kriks sprieda, ka, ja īpašas neironu populācijas varētu piespiest reaģēt uz gaismu, kamēr citi paliks imūni pret to, pētnieki varēja efektīvi ieslēgtos mērķus neironus "ieslēgt" vai "izslēgt" ar gaismu un tādējādi noteikt šo neironu attiecīgās funkcijas.

Bet bija svarīgs šķērslis, kas vispirms bija jāpārvar: Zinātnieki vēl nezināja, kā piespiest neironus reaģēt uz gaismu.

Bet 2002. gadā zinātnieks Gero Miesenböck parādīja, ka, ja zīdītāju neironos tiktu ievietots neliels DNS fragments no augļu mušas, neironi reaģētu uz gaismu ar elektriskās aktivitātes uzliesmojumu.

Boydenas revolucionārais gaismas eksperiments 2004. gadā izmantoja Miesenböck tehniku ​​- bet ar līkloci. Tā vietā, lai ievietotu Miesenböck augļu mušu iegūto olbaltumvielu kultivētajos neironos, pirms viņš caur tiem pulsēja gaismu, Boyden ievietoja olbaltumvielu, kas pazīstama kā channelrhodopsin-2 (ChR2).

Tas ir tāpēc, ka ChR2 atbalstīja daudz ātrāku un precīzāku neironu kontroli nekā Miesenböck augļu mušu iegūtais proteīns. Vācu zinātnieki Ernsts Bambergs, Pīters Hegemans un Georgs Nagels ChR2 izolēja no parastām dīķu aļģēm.

Optoģenētikas priekšrocības

Šī jaunā smadzeņu izpētes tehnika, saukta par “optoģenētiku”, pilnveido esošās tehnoloģijas vairākos kritiskos veidos. Piemēram, izmeklētāji zina, ka gaisma aktivizē neironus, kas izsaka ChR2, nevis klusējot. Tas ļauj viņiem droši apgalvot, ka jebkura novērotā ietekme ir saistīta ar aktivitātes palielināšanos mērķa neironos.

Turklāt atšķirībā no elektriskās stimulācijas, kas var sabojāt ļoti manipulācijām paredzētās šūnas, pašai gaismai acīmredzami ir maz negatīvas ietekmes, ja tāda ir, uz neironiem un apkārtējiem audiem. Svarīgi ir tas, ka izmeklētāji var ekspresēt olbaltumvielu noteiktos neironos, neietekmējot citus, atvieglojot smadzeņu šūnu īpašo apakšgrupu lomu.

Jaunākie uzlabojumi

Kopš 2004. gada Boyden un Deisseroth ir identificējuši olbaltumvielas, kuras var izmantot, lai aktivizētu vai apklusinātu mērķētas neironu populācijas. Šis sasniegums ļauj pētniekiem izvēlēties, kura pieeja - aktivizēšana vai klusēšana - ir daudz noderīgāka viņu īpašajam izpētes mērķim.

Ar Nacionālā zinātnes fonda finansējumu Boyden un Deisseroth ir arī guvuši panākumus optoģenētikas tehnoloģijā, kas ļauj precīzāk manipulēt ar neironu darbību nekā jebkad agrāk bija iespējams.

Sniedz smadzeņu darbības traucējumus

Pēc Boyden teiktā, optoģenētika ne tikai parādīs, kā darbojas veselīgās smadzenes, bet arī sniegs ieskatu par to, kas notiek, kad lietas noiet greizi.

"Optoģenētika ir spēcīgs rīks, ko mēs varam izmantot, lai nomedītu smadzeņu zonas, kas ir iesaistītas smadzeņu darbības traucējumos," saka Boyden. "Tas var palīdzēt mums noteikt potenciālos jaunus mērķus zāļu terapijai vai dziļu smadzeņu stimulēšanai."

Tas varētu būt īpaši kritiski attiecībā uz smadzeņu slimībām, piemēram, autismu, posttraumatiskā stresa traucējumiem un epilepsiju, kuras ir grūti izpētīt, jo to pamatā esošās disfunkcijas bieži ir saistītas ar funkcionālām, nevis strukturālām smadzeņu shēmas problēmām.

Bet tas, ko Boyden uzskata par vienu no vissvarīgākajiem tādu tehnoloģiju ieguldījumiem kā optoģenētika, ir tas, ka tie noņem daļu no noslēpuma un bailēm par smadzeņu darbību.

"Viena lieta, kā tādas tehnoloģijas kā optoģenētika, ir palīdzēt parādīt, ka smadzeņu darbības traucējumi ir saprotami un bieži ārstējami," saka Boyden. "Tas ir tāls ceļš, domājot par garīgo slimību un psihisko traucējumu aizspriedumu noņemšanu."

Sadarbības svinēšana

Boyden pēdējos gados ir saņēmis daudz pelnītu atzinību par savu darbu. Lundbeka fonda apbalvojums viņam tomēr ir īpaši īpašs, jo tajā tiek atzīmēta sadarbība zinātnē; viņš to dalīsies ar Deisseroth, kā arī ar citiem zinātniekiem - ieskaitot Miesenböck, Bamberg, Hegemann un Nagel -, kuri palīdzēja sagatavot pamatu optoģenētikai.

"Es ceru, ka tas veicina vairāk disciplīnu pētījumu un lielāku sadarbības veida atzīšanu," saka Boyden.

Redaktora piezīme: Pētnieki, kas attēloti rakstos Aiz aiz ainas, ir atbalstījušiNacionālais zinātnes fonds, federālā aģentūra, kuras uzdevums ir finansēt pētniecību un izglītību visās zinātnes un inženierzinātnes jomās. Visi viedokļi, secinājumi un secinājumi vai ieteikumi, kas izteikti šajā materiālā, ir autora viedoklis, un tie ne vienmēr atspoguļo Nacionālā zinātnes fonda uzskatus. Skatīt Aiz ainas arhīvs.


Video Papildinājums: .




Pētniecība


Ne Pārāk Gaišs: Paneļa Apgaismojums Traucējummeklētāji
Ne Pārāk Gaišs: Paneļa Apgaismojums Traucējummeklētāji

Porno Vietne Atver Jaunu Virtuālās Realitātes Sadaļu
Porno Vietne Atver Jaunu Virtuālās Realitātes Sadaļu

Zinātne Ziņas


10 Nepareizi Priekšstati Par Gripu
10 Nepareizi Priekšstati Par Gripu

Labi Audzētas Vagīnas, Implantētas 4 Meitenēs
Labi Audzētas Vagīnas, Implantētas 4 Meitenēs

Patiesība Aiz Globālo Medūzu Sparu
Patiesība Aiz Globālo Medūzu Sparu

Vēl Viens Pētījums Parāda Sieviešu Diskrimināciju Darba Vietā
Vēl Viens Pētījums Parāda Sieviešu Diskrimināciju Darba Vietā

Trūkstošā Puse Kaulu Atklāj Aizvēsturisko Jūras Gigantu
Trūkstošā Puse Kaulu Atklāj Aizvēsturisko Jūras Gigantu


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com