Интересные темы:

Гаджеты

Немного интересного:

Работу нервной системы сняли на видео

12.07.2011 Наука и жизнь

Активность нескольких сотен нейронов у червей и нескольких тысяч нейронов в мозге рыбы удалось заметить в настоящем времени.

Чтобы выяснить, как трудится мозг, необходимо в точности воображать его структуру. В случае если мы отыщем в памяти про особенности строения нервных клеток, про их свойство образовывать очень много межклеточных контактов, то делается ясно, что под структурой мозга тут направляться осознавать не только «крупноблочное» строение (мозжечок, таламус, кора и т. д.), но и всю совокупность связей между ними. Само собой разумеется, у мозга громадной запас пластичности: межклеточные синапсы в нём то появляются, то исчезают.

Но в мозге имеется, в случае если возможно так сообщить, постоянные каналы связи, каковые остаются неизменными и каковые формируют материальную базу внутримозговых информационных потоков.

Мозг рыбы данио-рерио, вид сверху: тела нейронов окрашены зелёным флуоресцентным белком, отростки-аксоны — красным. (Фото Wellcome Images / Flickr.com). Нематода Caenorhabditis elegans с флуоресцентным белком, синтезирующимся в клетках нервных хвоста и узлов головы. (Фото wormbase / Flickr.com).‹ ›

Работу нервной системы сняли на видео

До сих пор единственным организмом, у которого связи в нервной совокупности были обрисованы во всех подробностях, остаётся нематода Caenorhabditis elegans. У этого червя нервная совокупность состоит всего из 302 клеток, так что узнать, что с чем соединяется, нейробиологам удалось достаточно скоро – к 1986 году была создана полная карта межнейронных связей C. elegans.

Само собой разумеется, учёные достаточно не так долго осталось ждать задумались и о том, дабы похожую карту сделать и для людской мозга, но в людской мозге нейронов не 302, а примерно 100 миллиардов, так что возможно представить, какая титаническая задача стоит перед исследователями. Причём так как нейроны не просто образуют аморфную сеть, они складываются в функциональные территории, делающие ту либо иную задачу, и эти территории, со своей стороны, взаимодействуют между собой уже на макроуровне и подчиняются каким-то добавочным архитектурным правилам. И всё это безмерно осложняет задачу картирования мозга.

Учёные пробуют решить эту проблему с различных сторон, подчас достаточно неожиданными способами. В прошедшем сезоне исследователи из Стэнфордского университета сумели сделать фрагмент мозга и мозг мыши человека практически прозрачными: нервная ткань обрабатывалась детергентом так, что в ней оставались лишь протеиновые «скелеты» нервных клеток, и посредством флуоресцентных белков возможно было проследить распределение нервных отростков от внешних слоёв коры до самых недр мозга.

Иначе, пользуетсяуспехом ветхий способ картирования, в то время, когда нервную ткань нарезают на тысячи слоёв любой толщиной в несколько десятков микрометров, а позже эти слои внимательно рассматривают, оценивая различия и сходство. Проанализировав их строение, возможно выстроить трёхмерную карту мозга повышенной точности. Такие работы ведутся неизменно, и мозговые атласы неспешно становятся всё более детальными.

Так, снова же в прошедшем сезоне группе учёных из Исследовательского центра Юлих (Германия) вместе с сотрудниками из вторых Канады и научных центров Германии удалось создать трёхмерный атлас мозга человека с разрешением в 20 микрометров – эта карты мозга появилась в 50 раз более правильной, чем её предшественники.

Довольно часто же нейробиологи занимаются только каким-нибудь раздельно забранным нюансом нейронной архитектуры, скажем, пробуют представить схему проводящих дорог между всеми территориями мозга. Тут также удалось добиться больших удач: практически месяц назад исследователи из Алленовского университета мозга сказали, что им удалось выяснить всю совокупность внутримозговых связей, правда, пока что лишь для мозга мыши.

Но представим, что нам стали известны все соединения, каковые лишь имеется в мозге, что создан самый подробный трёхмерный атлас – достаточно ли нам этого, чтобы выяснить, как мозг трудится? Разумеется, нет, поскольку мы не будем знать, как как раз распределяются нервные импульсы по всей совокупности связей между большими малыми и нейронами территориями мозга.

В качестве аналогии возможно привести компьютерные микросхемы: мы можем какое количество угодно их рассматривать, но по их внешнему виду мы не определим, трудится ли на данный момент компьютер с видеофайлом либо же с текстовым процессором. Для этого нам необходимо залезть вовнутрь микросхемы, «заметить» электрические токи, каковые бегут по ней. И совершенно верно так же необходимо залезть вовнутрь нейрона, определить распределение импульса по нервным клеткам, чтобы выяснить, как в том месте всё трудится.

Фиксировать и разбирать активность нервных клеток учёные могут в далеком прошлом. Как легко додуматься, наблюдение за активностью одного-единственного нейрона нам ничего не сообщит – необходимо знать, от кого он взял сигнал и кому его передал, другими словами активность всей цепочки, либо хотя бы большей её части. Но так как нейронные цепи существуют не сами по себе, они обмениваются информацией между собой.

Мы можем выяснить, какая несколько нейронов участвует, к примеру, в двигательной активности, но в случае если мы желаем взять более полную картину, в случае если желаем выяснить, как сенсорная информация «на входе» преобразуется в двигательную активность «на выходе», нам необходимо замечать сходу за всем мозгом полностью.

Как раз такую задачу постарались решить Роберт Преведел (Robert Prevedel) и его коллеги из Университета молекулярной патологии в Вене и Массачусетского технологического университета. И им удалось её решить, правда, пока что не на людской мозге, и не на мышином, а всё на той же несложной нервной совокупности нематоды C. elegans и на развивающемся мозге мальков данио-рерио.

Исследователи модифицировали рыб и червей так, дабы их нейроны синтезировали флуоресцентный белок: данный белок светился при трансформациях в уровне ионов Ca в клетки. Как мы знаем, при распространении и возбуждении электрического импульса происходит перераспределение ионов по обе стороны нейронной мембраны – фактически, трансформации в концентрации ионов и лежат в базе нервного импульса. Следить за работой нейрона возможно по перемещению ионов вовнутрь и вовне клетки, а вдруг у нас имеется особый светящийся белок, что чувствителен к таким перераспределениям ионов, то за работой нервной клетки возможно по большому счету следить собственными глазами, пускай и посредством микроскопа.

В действительности, такая разработка в далеком прошлом используется для изучения нервных импульсов, но до сих пор её применяли на малом числе нервных клеток. В этом случае задача учёных была в том, чтобы посредством светящегося белка возможно было наблюдать за работой сходу всей нервной совокупности, дабы изображение получалось объёмным, и дабы активность нервной совокупности возможно было фиксировать с громадной скоростью.

Это удалось сделать посредством особенного микроскопического способа, разрешающего делать 50 снимков в секунду, каковые позже монтировались в 3-D-изображение. Видно, какие конкретно нейроны у червя трудятся в состоянии спокойствия, какие конкретно – в то время, когда червь ползёт, и какие конкретно – в то время, когда он ощущает какой-то запах либо тактильное раздражение. (Видео с ползущей светящейся нематодой возможно взглянуть на YouTube.

У нематоды C. elegans, как было сообщено, на всю нервную совокупность, от головы до хвоста, приходится всего 302 нейрона. У мальков данио-рерио нервных клеток уже 100 тысяч, и учесть активность всех сходу учёные не смогли, ограничившись до тех пор пока что только пятью тысячами (что всё равняется хорошо если сравнивать с тремястами нейронами у червей).

Исследователи отмечают не сильный место созданного ими способа: он разрешает видеть некую среднюю активность всей нервной клетки, но вот рассмотреть активность отдельного нейронного отростка, аксона либо дендрита уже не разрешает. Но, исследователи сохраняют надежду, что им удастся усовершенствовать разработку и ещё больше детализировать изображение.

Работа эта по сути методическая (и опубликована она в Nature Methods), но посредством для того чтобы способа возможно будет определить большое количество нового про функционирование нервных сетей в масштабах если не всего мозга, то хотя бы его части. Само собой разумеется, возможно заявить, что рыбки и нервная система нематоды данио-рерио неизмеримо несложнее, чем у человека, но, во-первых, данный способ возможно будет применить к мозгу каких-нибудь подопытных млекопитающих, а, во-вторых, кое-какие закономерности работы нервной совокупности возможно изучить и на уровне несложных червей.

Ещё раз укажем на основную изюминку для того чтобы подхода: мы в настоящем времени регистрируем работу сходу всей нервной совокупности (либо хотя бы большой доли нейронов). И за счет того, что активность нервных клеток видна тут без временных задержек, мы можем правильнее представить себе информационные процессы, каковые происходят в нервной совокупности.

Действительно, всё-таки эту задачу между их активностью и количеством нейронов до тех пор пока что так и не получается решить до конца: или мы видим довольно много нейронов, но не можем в подробностях оценить их работу, или напротив – видим все подробности передачи импульсов, но только между ограниченным числом нервных клеток. Остаётся надеться лишь на предстоящий научно-технический прогресс.

Создатель: Кирилл Стасевич

Источник: www.nkj.ru

Случайные записи:

Техника расслабления: как справиться с хронической усталостью, снять стресс и успокоить нервы


Похожие статьи, которые вам понравятся:

Tags:  , , ,