211service.com
Technicolor-hjärnan
Forskare vid Harvard University har utvecklat en ny metod för att få hjärnan att lysa i en regnbåge av färger. Tekniken kommer att tillåta forskare att skapa kartor över en av hjärnans sista gränser: den komplexa härvan av neurala kretsar som samlar in, bearbetar och arkiverar information. Sådana kartor skulle i slutändan kunna kasta ljus över den tidiga utvecklingen av den mänskliga hjärnan och på sjukdomar som autism och schizofreni, som har kopplats till anslutningsproblem.
Regnbågshjärnor: Genetiskt framställda hjärnbågsmöss uttrycker slumpmässiga kombinationer av cyan, gula och röda fluorescerande proteiner i nervceller. Som ett resultat är neuroner och deras projektioner - långa svansar som ansluter till andra celler - märkta med en mängd olika nyanser. I den här bilden från en del av hippocampus är en hjärnstruktur involverad i minnet, neuroner (som kan särskiljas genom sina distinkta runda cellkroppar) och astrocyter (kan särskiljas genom sin diffusa stjärnform), en stödcell i hjärnan, märkta med flera distinkta färger.
Det här kommer att bli ett otroligt kraftfullt verktyg, säger Elly Nedivi , en neuroforskare vid MIT som inte är involverad i forskningen. Det kommer att öppna upp enorma möjligheter när det gäller att titta på neurala anslutningar.
I flera år har forskare använt fluorescerande proteiner som härrör från maneter för att markera specifika celler i genetiskt modifierade djur. Men det begränsade antalet tillgängliga färger var inte tillräckligt för att skapa en detaljerad bild av de miljoner nervcellerna i hjärnan. Jean Livet, Jeff Lichtman , och deras medarbetare vid Harvard genetiskt modifierade möss för att bära många kopior av gener som kodar för fluorescerande proteiner i tre olika färger – gult, rött och cyan – samt ett enzym som slumpmässigt kan blockera alla undergrupper av dessa gener från att producera deras fluorescerande märka.
När mössen matas med en förening som aktiverar enzymet genomgår varje cell en slumpmässig molekylär process där undergrupper av de färgkodande generna slås ut. De återstående generna producerar de tre färgade fluorescerande föreningarna i olika mängder, som kombineras för att bilda en unik ny nyans. Vi får ett brett utbud av färger – cirka 100, säger Lichtman. Forskarna kallar djuren för hjärnbågsmöss på grund av de färgglada bilder de tar av deras hjärnor. En ny artikel som beskriver processen publicerades idag i tidskriften Natur .
Multimedia
Se bilderna som produceras av genetiskt modifierade 'hjärnbågsmöss'.
Möjligheten att måla enskilda hjärnceller med en så bred palett kommer att tillåta neuroforskare att utforska neurala kretsar som aldrig förr. De flesta tidigare arbeten har fokuserat på anatomi i större skala eller på funktionen hos enskilda celler, och missat de detaljerade ledningarna mellan dessa två skalor. Det finns en hel klass av störningar i nervsystemet som folk misstänker beror på defekter i kopplingarna mellan nervceller, men vi har inga riktiga verktyg för att spåra kopplingarna, säger Lichtman. Det skulle vara mycket användbart att titta på ledningar i djurmodeller av autismspektrumstörning eller psykiatrisk sjukdom.
När närliggande celler är märkta med samma färg, som i tidigare metoder, är det svårt att urskilja varje cells väg i hjärnan. Men i det här fallet har närliggande celler vanligtvis olika färger, vilket gör att forskare kan följa deras trassliga projektioner när de förgrenar sig och synapsar i hela hjärnan. I ett proof of principle-experiment spårade forskarna alla kopplingar i en liten bit av cerebellär vävnad, den del av hjärnan som kontrollerar balans och rörelse. Det kommer att tillåta forskare att ta reda på inte bara vad neuroner gör, utan vad de gör i samband med den intakta kretsen, säger Nedivi. Jag är säker på att den dag tidningen kommer ut kommer alla och deras mamma att ringa dem och fråga efter dessa möss.
Lichtman och hans medarbetare planerar att använda tekniken för att studera hur hjärnan utvecklas. Under utvecklingen förändras ledningarna på ett dramatiskt sätt, säger Lichtman. Unga däggdjur har faktiskt för många kopplingar och måste beskära bort överskottet, men det är oklart hur det händer. Valet av vilka kopplingar som upprätthålls och förloras har förmodligen mycket att göra med hur människan formas av sin erfarenhet, säger han. För att förstå reglerna för trimningen krävs att man ser [vilka anslutningar] som kan stanna, jämfört med vilka som kan lämna.