Erstellen Sie eine Blaupause für die kortikale Konnektivität
Den ersten Schritt in Richtung Verwirklichung einer „Blaupause“ für das Gehirn, haben Forscher entwickelten eine neue Technik in der Lage tracing komplizierten neuronalen verbindungen mit bisher unerreichter Empfindlichkeit. Durch die innovative Kombination von cutting-edge-genetische Werkzeuge, die mit der etablierten Technik der monosynaptic Ablaufverfolgung, die Wissenschaftler erstellt haben, ein leistungsfähiges neues Werkzeug namens intersektionale monosynaptic tracing (iMT), der fähig ist, zu entwirren die aufwendige schaltungen innerhalb des Gehirns.
Mit ein bisschen Licht, ein paar Foto-empfindlichen verbindungen und spezialisierte Papier, die Blaupause geboren wurde. Als die favorisierte Art der technischen Zeichnung über ein Jahrhundert, Architekten verwendet das entscheidende Werkzeug für die schnelle Reproduzierbarkeit sowie seine Kapazität für die ausführliche Dokumentation. Für Arbeitnehmer, die auf einem build-Website, das Dokument war ebenso notwendig, wie es enthalten alle notwendigen design-Informationen, das bestimmte Typen von Komponenten enthalten, und diente als Leitfaden darüber, wie alles zusammen passen. Wenn es jemals Zweifel, mehr als oft nicht eine schnelle Rücksprache mit der Blaupause behoben Fragen und Fortschritte ins stocken geraten Bau vorwärts.
Aber was passiert, wenn Neurowissenschaftler haben Fragen über das Gehirn und die komplizierten verbindungen innerhalb? Gibt es überhaupt so etwas wie ein Gehirn Blaupause? Trotz einer stetig wachsenden Körper der Arbeit aufdecken, wie die Nervenzellen im Gehirn bilden verbindungen, die Forscher immer noch fehlt, ist ein umfassendes Diagramm, Detaillierung deren Verkabelung. Die Einrichtung dieser das Potenzial hätten, um drastisch zu verbessern unser Verständnis des Gehirns, die Aufdeckung, wie die einzigartige Schaltung der einzelnen Strukturen verleihen uns mit außergewöhnlichen Fähigkeiten wie Sprache, Sinneswahrnehmung und Erkenntnis.
Den ersten Schritt in Richtung Verwirklichung einer „Blaupause“ für das Gehirn, haben Forscher aus dem Max Planck Florida Institute for Neuroscience (MPFI), haben eine neuartige Technik entwickelt, die fähig tracing komplizierten neuronalen verbindungen mit bisher unerreichter Empfindlichkeit. In einer aktuellen Veröffentlichung in Nature Neuroscience, Forscher im Labor von Dr. Hiroki Taniguchi haben gezeigt, dass sowohl die beispiellose Genauigkeit und hohen Durchsatz Natur des Ansatzes. Durch die innovative Kombination von cutting-edge-genetische Werkzeuge, die mit der etablierten Technik der monosynaptic Ablaufverfolgung, die Taniguchi-Labor geschaffen hat, ein leistungsfähiges neues Werkzeug namens intersektionale monosynaptic tracing (iMT), der fähig ist, zu entwirren die aufwendige schaltungen innerhalb des Gehirns.
Studium eine spezialisierte Klasse von Gehirn-Zelle bekannt als hemmende interneuronen, die Taniguchi-Labor ist daran interessiert, zu erforschen, wie diese verschiedenen Zellen montieren in schaltungen, die in verschiedenen Regionen der Großhirnrinde. Normalerweise sind diese Zellen handeln zu verfeinern, Form und balance die Verarbeitung von Informationen, aber Ihre Dysfunktion verwickelt wurde in Krankheiten wie Autismus, Schizophrenie und Epilepsie. Erläutern Sie, wie diese hemmende schaltungen Funktion, wird pioneer die neuen Ansätze für die Diagnose und Behandlung von Erkrankungen des Gehirns. Ein herausfordernder Aspekt, behindern die Aufklärung der kortikalen Schaltkreisen, ist die schiere Vielfalt der Neuronen im Gehirn.
Dr. Taniguchi erklärt, „Während die zelluläre Vielfalt macht das Gehirn so einzigartig ist, es vermittelt auch eine große Schwierigkeit bei der Untersuchung der einzelnen schaltungen. Nehmen Sie beispielsweise die typischen inhibitorischen Schaltung, die wir im Labor erforschen; eine erregende AUFTRAGGEBER neuron überträgt Informationen über große Entfernungen, von einer Gehirnregion zur anderen, und mehrere hemmende Neuronen, die verbindungen mit ihm. Auf den ersten Blick ist dieses Modell ziemlich einfach scheint, aber in Wirklichkeit, es gibt viele verschiedene Arten von AUFTRAGGEBER und inhibitorischen interneuronen. Jede einzelne Art der Zwischenschaltung ist gedacht, um ganz bestimmte verbindungen, die je nach AUFTRAGGEBER neuron Lage, Funktion und Tiefe in der Hirnrinde. Ohne die Fähigkeit, einen Blick auf die besonderen verbindungen gebildet, indem jede subpopulation von inhibitorischen neuron, ein genaues Bild von der Schaltung gebildet werden kann.
Dr. Michael Yetman, ein Postdoc-Forscher in der Taniguchi-Labor und ersten Autor des Papiers fest, dass Sie wollte, eine Technik, die sich schneiden könnten durch die zelluläre Vielfalt des Gehirns, und nur bestimmte Subtypen von Neuronen. „So konnten wir vergleichen und die verbindungen jeder einzelnen Subtyp und studieren Sie die Arten von schaltungen, die Sie bilden,“ erklärt Yetman.
iMT entwickelt wurde, im Hinblick auf dieses Ziel, die überwindung der Einschränkungen der bisher verwendeten Methoden zur trace-verbindungen innerhalb des Gehirns. Techniken wie Elektrostimulation und monosynaptic tracing, waren entweder zu ineffizient oder nicht die notwendige Sensitivität, um genau verfolgen verbindungen von vielen verschiedenen Zelltypen im Gehirn gefunden. iMT baut auf seinem Vorgänger, aber mit einem innovativen twist, ist entscheidend für die Vermittlung der Technik ist die Empfindlichkeit.
„Monosynaptic tracing nutzt eine modifizierte form des Tollwut-virus, fehlt eine notwendige protein, die Einschränkung der virus zu einer single -, starter-Zelle und die Verhinderung der Ansteckung von anderen Zellen um sich herum,“ erklärt Yetman. „Aber wenn das protein zusammen mit dem virus ist ausgedrückt, dass nur in den starter-Zelle, dann wird das virus hat die Fähigkeit zu springen und zu infizieren benachbarten Zellen. Für die Untersuchung von Neuronen im Gehirn, die wir Ausdrücken können, das virus und protein in einer Prinzipal-neuron und zusehen, wie der virus springt die synaptischen verbindungen, um nur die Neuronen direkt verbunden. Dort angekommen, kann das virus in einem Gefühl stecken bleibt, ohne die notwendigen protein und sagt, das neuron zu Anfang zum Ausdruck fluoreszierenden protein. Mit Mikroskopie, wir können sehen, dass die Zellen, die in direkter Verbindung zu unserem starter-neuron. Die Einschränkung ist, dass wir nur zu visualisieren, die verbundenen Neuronen als ganzes, fehlt die einzigartigen Eigenschaften der einzelnen Subtypen.“
Um diese Einschränkung zu überwinden, hat das team Hinzugefügt eine zusätzliche genetische Komponente, zuverlässig und speziell auf einzelne Subtypen von interneuronen. Sobald das virus erreicht einen Zell-Subtyp, das diese Komponente enthält, eine zweite neue fluoreszierende protein exprimiert wird. Nun haben Wissenschaftler die Fähigkeit zu visualisieren, die Zwischenschaltung verbindungen als ganzes sowie verbindungen von bestimmten Zwischenschaltung Subtypen. Bereits iMT hat sich als wegweisend, offenbart dramatische Unterschiede in der Zwischenschaltung circuit design Schlüssel inhibitorischen Subtypen, als auch diejenigen, die von den gleichen Subtyp, form-verbindungen mit den wichtigsten Neuronen in verschiedenen Hirnregionen.
„Obwohl iMT ist nur in den ersten Stadien der Entwicklung, es hat das Potenzial, um eine detailliertere, Gehirn-Breite Schaltplan von entscheidender Bedeutung für die Bekämpfung von prominenten Gehirn-Erkrankungen“, stellt Yetman. „In der Zukunft hoffen wir, weiter die Technik zählt die Fähigkeit, das Studium der funktionalen, und nicht nur körperlich, verbindungen von neuronalen schaltkreise.“
iMT und der Neurowissenschaftler am MPFI, bringen uns einen Schritt näher zur Erreichung der Bau eines Beton-kortikalen Blaupause.