نقشه برداری از نورون های مغز (خبر)

محققان موسسه علوم اعصاب ماکس پلانک فلوریدا در حال بهینه‌سازی روش اپتوژنیک برای نقشه‌برداری مدار هستند، که امکان اندازه‌گیری اتصال سیناپسی را با وضوحی در حد یک نورون فراهم می‌کند.

یک سوال اساسی در علوم اعصاب این است که چگونه شبکه‌های عصبی و مدارها منجر به عملکرد مغز می‌شوند، در حالی که اختلال در این ارتباط می‌تواند باعث بروز بیماری مغز و اختلالات روانی شود. با توسعه اپتوژنتیک، محققان می توانند عملکرد یک نرون خاص را با روشن و خاموش کردن آن با نور در شرایط مختلف مطالعه کنند. ترجمه قوانین حاکم بر کارکرد مدارهای عصبی نیاز به آگاهی از اتصالات سیناپسی در میان طبقات مشخصی از سلول‌های عصبی و همچنین قدرت و پویایی این اتصالات دارد.

محققان MPFI نقشه‌ای بهینه‌ از مدارهای عصبی مغز موش‌ را با وضوحی در حد یک نورون به کمک اپتوژنتیک ترسیم کرده‌اند.

اپتوژنتیک روشی ترکیبی از ژنتیک و اپتیک برای کنترل فعالیت‌های عصبی است. اساس این روش غشا‌های حساس به نور در جلبک‌های برکه است که جابه‌جایی را بر اساس نور کنترل می‌کنند. هنگامی که این ژن‌ها وارد سلول‌های عصبی می‌شوند و سپس آن معرض نور قرار می‌گیرند، جریان یون‌ها را در غشای سلولی تنظیم می‌کنند، که خود موجب افزایش فعالیت نورون می‌شود. این پدیده به دانشمندان اجازه می‌دهد فعالیت‌های عصبی را کنترل کنند و با استفاده از پالس‌های نور فعال گروه خاصی از سلول‌های عصبی را فعال کنند.

اپتوژنتیک با تحریک سلول‌های عصبی به کمک نور و ثبت پاسخ نورون‌های مجاور توسط الکترود، اتصالات درون مغز را ترسیم می‌کند. هنگامی که ChRها با استفاده از روش‌‌های ژنتیکی داخل نورون‌ها می‌شوند، علائم خود را در سراسر سطح نورون پخش می‌کنند، از دندریت‌ها که گیرنده‌ی اطلاعات هستند، گرفته تا آکسون‌ها که فرستنده‌ی اطلاعات هستند. این واقعیت که بیان ChR به یک حوزه خاص از نورون محدود نمی‌شود، یافته‌های پژوهشگران را محدود می‌کند زیرا آن‌ها نمی‌دانند که تحریک ChR در پروتئین واقع ایجاد شده، و یا در انتهای آکسون یا در دندریت سلول‌های دیگر که در حال عبور از منطقه‌ی تحریک شده توسط نور هستند.

محققان MPFI، دکتر کریستوفر بیکر، و دکتر مک‌لین بولتون، در مقاله‌ی اخیر خود که در ماه آگست در مجله‌ی eLIFE منتشر شده است، توضیح دادند که چگونه روش اپتوژنیک برای ترسیم مدارهای عصبی مغز را بهینه‌سازی کردند. در این روش ازروش‌های نوری برای محدود کردن تحریک نوری به شکل یک دیسک مشخص در اعماق بافت زنده استفاده کردند. آن‌ها همچنین از یک رویکرد ژنتیکی برای محدودیت مکانی  ChR به دیواره‌ی سلول و دندریت سلول‌های عصبی بهره بردند. پخش CHR در فضایی محدود باعث آشکار شدن اتصالات نورونی می‌شود که سلول‌های آن نزدیک دندریت سلولی است که مستقیما با CHR  فعال‌سازی شده‌اند. علاوه بر این تضمین می‌کند که هر پاسخی به فعالیت آن سلول مربوط است و نه به تحریک آکسون یا دندریت سلول‌های دیگر. این روش یک راه قابل اعتماد است اتصالات سیناپسی نورون را به سرعت و با دقتی در حد یک نورون ارزیابی می‌کند و ویژگی‌های بازم برای دیگر آزمایش‌های مربوط ودستکاری اپتوژنیکی را ارائه می‌دهد.

به گفته‌ی دکتر بولتون، دانشمندان به دنبال ترسیم نقشه‌های دقیق اتصالات سیناپسی، بدون از دست دادن اطلاعات هستند که از محدودیت‌های روش اپتوژنتیک فعلی است. ارزیابی مدارهای عصبی از طریق تحریک نوری اطلاعات زیادی را در مورد نحوه‌ی عملکرد سیستم، نحوه اصلاح آن به کمک تجربه، و چگونگی آسیب دیدن آن در مدل حیوانی بیماری عصبی یا روانی در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد.

موسسه علوم اعصاب ماکس پلانک فلوریدا (ژوپیتر، فلوریدا، ایالات متحده) به صورت تخصصی بر روی توسعه و استفاده از فناوری‌های نوین برای مطالعه‌ی ساختار، عملکرد و توسعه مدارهای عصبی فعالیت می‌کند. این اولین موسسه تحقیقاتی از مجموعه‌ی ماکس پلانک در ایالات متحده است.

نانو‌لوله‌های کربنی، پلی میان بافت‌های عصبی (خبر)

نسل جدید داربست‌ نانویی برای اتصال مجدد سلول‌های عصبی نخاع

منبع: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-08/mpfi-rom081916.php