Как увидеть поведение на уровне нейронов

Как только учёные занялись исследованиями мозга, они столкнулись с вопросом — связаны ли выявляемые ими биологические особенности с поведением изучаемых субъектов. Исследователи значительно продвинулись в понимании работы нейронов на биофизическом, клеточном, молекулярном уровнях, но то, как их работа влияет на поведение — пока что область, полная белых пятен.

как увидеть поведение на уровне нейронов

«Биофизические свойства нейронов прекрасно изучены. Чего мы не знаем — как их взаимодействие влияет на наше поведение», — говорит доктор Хёнбэ Квон, лидер исследовательской группы в Институте нейрологических исследований Общества Макса Планка.

Задавшись этим вопросом, доктор Квон и его команда решили взглянуть на мозг под новым углом. В исследовании, результаты которого были опубликованы в журнале Nature Biotechnology, они разработали инструмент для идентификации и контроля нейронов. Техника, названная Cal-Light (Calcium and Light-Induced Gene Handling Toolkit —  кальций-световой инструментарий для управления генами), позволила исследователям наблюдать за лежащей в основе поведения активностью нейронов и управлять ею с невиданной ранее точностью, позволяя выявлять причинно-следственные связи между работой нейронов и поведением.

До сих пор исследователи, желавшие наблюдать за активностью нейронов в реальном времени, часто использовали кальциевую визуализацию (calcium imaging). При сильном возбуждении нейронов они получают приток кальция. Маркировка ионов кальция флуоресцентным красителем даёт возможность наблюдать за процессом, но не позволяет связать их с определёнными группами нейронов.

Основанная на традиционной кальциевой визуализации и современных оптогенетических техниках управления активностью нейронов, система Cal-Light позволяет связать экспрессию генов в мозге как с активностью, так и с воздействием света. Свечение нейронов при использовании этой системы наблюдается, только если они находятся в возбуждённом состоянии и учёный воздействует на них специальным светом. Когда учёный выключает свет, нейроны перестают светиться. После идентификации группы нейронов, вовлёченных в определенный вид деятельности, с помощью Cal-Light учёные могут воздействовать на них с помощью методов оптогенетики. Это позволяет исключительно точно анализировать поведенческие механизмы и, предположительно, находить причинно-следственные связи.

как увидеть поведение на уровне нейронов

Чтобы показать эффективность техники, исследователи вначале протестировали ее на клеточной культуре, а затем и на мышах. Команда использовала технику для выявления и маркировки нейронов в моторной коре, которые активизировались, когда мышь в ответ на стимул нажимала на рычаг и получала угощение. Когда необходимые нейроны были обнаружены и маркированы, учёные представили мыши стимул, при этом подавив группу нейронов с помощью оптогенетики. Мышь больше не нажимала на рычаг, что свидетельствовало о необходимости участия «выключенных» нейронов в осуществлении мышью этого действия.

Новая техника позволяет маркировать нейроны, управляющие определенными действиями, и контролировать их. Как отмечает доктор Квон, «Cal-Light предоставляет возможность вычленять нейронные цепи, отвечающие за сложные поведенческие механизмы, ощущения и знания, и открывает новый подход к важным вопросам нейробиологии».

Текст: Алла Салькова

Ссылка на источник