Вперше ми змогли створити зображення нейронів (нейронів) в зоровій корі, які можна використовувати для спостереження за тим, як обробляється складна візуальна інформація збірками клітин. Це може допомогти дослідникам вивчити розвиток мозку та т.зв. нейродегенеративні захворювання.

мозок

Дослідники Гарвардської медичної школи розробили нову мікроскопічну техніку, яка може бути використана для візуалізації функції вузлів нервових клітин під час обробки зорової інформації. "Простіше кажучи, цей метод дає нам уявлення про те, як його бачить мозок. Цей метод є абсолютно новим підходом до вивчення функції мозку", - пояснює нейробіолог Клей Рід, керівник дослідження.

Рейд та ін. Хотіли отримати більш детальну картину з більш високою роздільною здатністю того, як організовані нейрони в зоровій корі. Для цього дослідницька група застосувала порівняно новий метод, при якому нервові клітини котів та щурів маркували барвником, який різко світиться, коли рівень кальцію в клітинах зростає. Це ознака того, що клітини активні («стріляють»), тобто генерується серія потенціалів дії. Потім клітини висвітлювали високоенергетичним лазерним променем і зображали надзвичайно чутливим мікроскопом, коли вони висвітлювались як яскраві плями, а потім знову темніли. Тим часом тваринам показували чорно-білі смуги, що рухалися вгору-вниз, а також праворуч і ліворуч на екрані комп’ютера, а потім протягом певного періоду реєстрували реакції клітин на різні подразники.

Кора зору - це область мозку, відповідальна за обробку подразників ока. Ця область давно вивчалася, зокрема такими відомими біологами, як Нобелівський лауреат Девід Хубель та Торстен Візель. Їхні експерименти показали, як нейрони зорової кори реагують на різні зорові подразники: деякі стріляють лише тоді, коли вони показують тварині вертикальні лінії, деякі реагують лише на горизонтальні лінії, а інші особливо чутливі до руху вправо чи вліво (одноклітинна навчання).). Однак більш ретельне розуміння того, як кожен нейрон координує обробку складного зображення, чекало самого себе. Однією з причин цього є те, що методи, що використовувались до цього часу для вивчення нейронних мереж, змогли реєструвати активність лише невеликої кількості клітин одночасно, а зображення, що представляють більшу масу клітин, залишалися занадто розмитими.

Протягом останніх кількох років різні дослідницькі групи намагалися розробити найбільш досконалі методи, щоб зробити нейрони видимими під час активності. Наприклад, мюнхенська група, яку очолював Артур Коннерт, нещодавно розробила метод фарбування клітин кори кордону чутливими до кальцію молекулами. Дослідники Гарвардського медичного університету також використали свої висновки у своєму поточному експерименті.

На думку нейробіолога Девіда Фіцпатріка (Університет Дюка), „здатність бачити, що роблять окремі клітини, що складають мережу, коли зорова кора вирішує певне завдання, відкриває нові шляхи для дослідження нервових основ зорового сприйняття . комбінування матеріалів для маркування різних типів нейронів методом візуалізації кальцію дозволить виявити нейронні "ланцюги" в зоровій корі, що відповідають за різні зорові функції, метод, який, безумовно, буде застосовуватися в інших областях кори головного мозку, таких як рухові функції або відповідають за вищі когнітивні процеси ".

Отримавши більш точну картину зорової кори, було також виявлено, що організація клітин мозку була досить впорядкованою і точною, що було дещо несподіваним. Наприклад, у зоровій корі кішок нейрони, які виконують одну і ту ж функцію (наприклад, чутливі до руху в певному напрямку), набагато тісніше пов’язані між собою, ніж вважалося раніше. На щойно зроблених нами знімках ми можемо побачити різні групи нейронів, розділених вузькими межами в корі головного мозку. "Якби ми мали можливість поглянути на кожен нейрон окремо, ми б ніколи не знайшли такого, який би не стояв на місці", - пояснив Рід. Результат здивував дослідників, оскільки точний, функціональний розподіл котячих нейронів в корі здається набагато більш організованим, ніж можна було очікувати від сучасної моделі, що описує функцію зорової кори.

Було встановлено, що в той час як клітинні тіла нині активних нейронів розташовані близько один до одного в скупченні, дендрити клітин (продовження нейрона, які приймають вхідні сигнали) утворюють різноманітну мережу в навколишній, ширшій області. Зовсім інша мікроструктура була описана для щурів. Тут нейрони, що реагують на різні подразники, не відокремлюються один від одного, а змішуються, нерівномірно поруч один з одним в корі. Отже, здається, одну і ту ж проблему можна вирішити кількома способами.

Вивчення будови клітин, відповідальних за зір, також може призвести до більш глибокого розуміння інших функцій мозку - руху, мислення, навчання. Це, у свою чергу, може відкрити шлях для лікування нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Альцгеймера, Хантінгтона та Паркінсона, оскільки може бути виявлена ​​клітинна основа симптомів, що спостерігаються при захворюваннях.