Исследователи из Массачусетского технологического института разработали новую технологию съемки, которая позволяет увидеть распространение электрических сигналов в нервных тканях головного мозга. Данная технология обещает оказать неоценимую помощь в деле исследований процессов формирования мыслей, ощущений и выяснения причин возникновения таких заболеваний головного мозга, как болезнь Альцгеймера, эпилепсия и др.
Современные МРТ-технологиии (магнитно-резонансная томография) уже дают нам массу информации, но они способны предоставить лишь грубую визуализацию областей головного мозга, активированных тем или иным внешним возбудителем. Для того, чтобы получить картину деятельности на уровне отдельных нейронов, которые “общаются” друг с другом и работают группами для формирования мыслей и ощущений, требуется инструмент с большей, чем у МРТ-сканнера, разрешающей способностью.
Отсутствие инструмента, способного охватить своим “взглядом” все 86 миллиардов нейронов головного мозга, вынуждает ученых-нейробиологов заняться изучением нервной системы самых простых из живых существ, различных червей и личинок, количество нейронов в мозге которых исчисляется сотнями. Помимо этого, в таких исследованиях используются весьма сложные и медленные технологии, такие, как внедрение электродов в нервные ткани мозга, через которые считываются электрические сигналы.
Новая технология, разработанная группой профессора Эда Бойдена (Ed Boyden) , способна предоставить более полную картину деятельности мозга, нежели другие существующие методы. В этой технологии используется специально подобранный флуоресцентный белок, который связывается с клеточной мембраной нейронов и реагирует своим свечением на электрические сигналы. Именно свечение этого белка и позволяет с высокой точностью отследить путь распространения сигналов в нейронных цепях.
Группе профессора Бойдена пришлось даже построить специализированного лабораторного робота, который произвел выбор наиболее подходящего флуоресцентного белка более чем из 10 миллионов кандидатов. Робот абсолютно самостоятельно вводил каждый из испытуемых белков в клетку ткани, выращивал клетки в чашках Петри и делал снимки полученных результатов. Для анализа результатов использовалось специализированное программное обеспечение, которое определяло местоположение, яркость свечения и сопротивляемость каждого белка к воздействию различных неблагоприятных факторов.
Наконец роботу удалость найти наиболее подходящий вид флуоресцентного белка, которым исследователи окрасили нервные ткани червя Caenorhabditis elegans и ткани мозга подопытного грызуна, что позволило им получить визуальную картину деятельности мозга. Эта технология может использоваться в паре с другими оптогенетическими технологиями, которые позволяют или подавить деятельность или, наоборот, стимулировать отдельно взятые нейроны, что позволит определить путь распространения сигналов от этих отдельных нейронов.
Получив в свое распоряжение новую технологию съемки, исследователи собираются использовать ее для составления подробнейшей “карты деятельности” мозга подопытного грызуна целиком. Данные этой карты позволят им в будущем определить с высокой точностью нервные цепи и узлы, отвечающие за обработку определенных стимулов, формирующих определенные реакции и связывающие друг с другом области мозга, выполняющие различные функции.