Научници су развили протеин који може да забележи хемијске поруке које мождане ћелије примају, уместо да се фокусирају само на сигнале које шаљу. Ови долазни сигнали настају када неурони ослобађају глутамат, неуротрансмитер који игра виталну улогу у комуникацији мозга. Иако је глутамат неопходан за процесе попут учења и памћења, његову активност је било изузетно тешко измерити јер су сигнали слаби и дешавају се веома брзо.
Овај нови алат омогућава откривање тих суптилних хемијских порука како стигну, дајући истраживачима приступ делу мождане комуникације који је дуго био скривен.
Зашто је ово откриће важно
Могућност посматрања долазних сигнала омогућава научницима да проучавају како неурони обрађују информације. Свака мождана ћелија прима хиљаде улаза, а начин на који комбинује те сигнале одређује да ли производи излаз. Сматра се да овај процес лежи у основи одлука, мисли и сећања, а његово директно проучавање може помоћи да се објасни како мозак обавља сложене прорачуне.
Напредак такође отвара нове путеве за истраживање болести. Проблеми са сигнализацијом глутамата повезани су са стањима као што су Алцхајмерова болест, шизофренија, аутизам, епилепсија и други. Прецизнијим мерењем ових сигнала, истраживачи би могли да идентификују биолошке корене ових поремећаја.
Развој лекова би такође могао имати користи. Фармацеутске компаније могу да користе ове сензоре да виде како експериментални третмани утичу на стварну синаптичку активност, што може помоћи да се убрза потрага за ефикаснијим терапијама.
Представљамо моћан сензор глутамата
Протеин су конструисали истраживачи са Аллен института и ХХМИ-јевог истраживачког кампуса Јанелиа. Познат као иГлуСнФР4 (изговара се као „њушкач лепка“), делује као молекуларни „индикатор глутамата“. Његова осетљивост му омогућава да открије чак и најслабије долазне сигнале који се размењују између неурона.
Откривајући када и где се глутамат ослобађа, иГлуСнФР4 пружа нови начин тумачења сложених образаца мождане активности који подржавају учење, памћење и емоције. То даје научницима могућност да гледају како неурони комуницирају унутар мозга у реалном времену. Налази су недавно објављени у Натуре Метходс и могли би значајно да промене начин на који се неуронска активност мери и анализира у истраживању неуронауке.
Како мождане ћелије комуницирају
Да бисмо разумели утицај овог напретка, помаже да се погледа како неурони интерагују. Мозак садржи милијарде неурона који комуницирају слањем електричних сигнала дуж структура налик гранама које се називају аксони. Када електрични сигнал дође до краја аксона, он не може да пређе мали размак до следећег неурона, који је познат као синапса.
Уместо тога, сигнал покреће ослобађање неуротрансмитера у синапсу. Глутамат је најчешћи од ових хемијских гласника и игра кључну улогу у памћењу, учењу и емоцијама. Када глутамат стигне до следећег неурона, може изазвати паљење те ћелије, настављајући ланац комуникације.
Од фрагмената до целог разговора
Овај процес се може упоредити са падањем домина, али је далеко сложенији. Сваки неурон прима податке од хиљада других, а само одређене комбинације и обрасци активности ће покренути неурон који прима. Са овим новим протеинским сензором, научници сада могу да идентификују који обрасци долазне активности доводе до тог одговора.
До сада је посматрање ових долазних сигнала у живом можданом ткиву било готово немогуће. Претходне технологије су биле сувише споре или им је недостајала осетљивост потребна за мерење активности на појединачним синапсама. Као резултат тога, истраживачи су могли да виде само делове процеса комуникације, а не пуну размену. Овај нови приступ им омогућава да схвате цео разговор.
Давање смисла неуронским везама
„То је као да читате књигу у којој су све речи кодоване и не разумете редослед речи или како су распоређене“, рекао је др Каспар Подгорски, водећи аутор студије и виши научник на Аллен институту. „Осећам да оно што радимо овде додаје везе између тих неурона и радећи то сада разумемо редослед речи на страницама и шта оне значе.
Пре него што су били доступни протеински сензори попут иГлуСнФР4, истраживачи су могли да мере само одлазне сигнале са неурона. Ово је оставило велики јаз у разумевању, пошто су долазни сигнали били пребрзи и преслаби да би се детектовали.
„Неуронаучници имају прилично добре начине мерења структурних веза између неурона и у одвојеним експериментима можемо да измеримо шта неки од неурона у мозгу говоре, али нисмо били добри у комбиновању ове две врсте информација. Тешко је измерити шта неурони говоре којим другим неуронима“, рекао је Подгорски. „Оно што смо овде измислили је начин мерења информација које долазе у неуроне из различитих извора, а то је био критични део који недостаје у истраживању неуронауке.“
Сарадња иза пробоја
„Успех иГлуСнФР4 произилази из наше блиске сарадње започете у ХХМИ-јевом истраживачком кампусу Јанелиа између тима пројекта ГЕНИЕ и Каспарове лабораторије. То истраживање се проширило на феноменални рад карактеризације ин виво који је обавила група за неуронску динамику Аллен института“, рекао је Џереми Хасеман, научник Џереми Хасеман, научник Др.Х.Х. „Ово је био одличан пример сарадње између лабораторија и института како би се омогућила нова открића у неуронауци.“
Нови прозор у функцију мозга
Ово откриће превазилази велико ограничење у модерној неуронауци тако што омогућава директно посматрање како неурони примају информације. Са иГлуСнФР4 који је сада доступан истраживачима преко Аддгене-а, научници имају моћан нови алат за детаљније истраживање функције мозга. Како се ова технологија шири, може помоћи да се открију одговори на нека од најтрајнијих питања мозга.
