Когда мы нюхаем лосьон для загара, в сенсорных клетках носа генерируются электрические импульсы. Через обонятельную луковицу в головном мозге они попадают в первичную обонятельную кору, которая затем распределяет их по различным мозговым центрам. Такие воспоминания, как давние летние каникулы у моря, возникают в гиппокампе и других регионах.
В последние десятилетия исследователи мозга получили все более точное представление о том, как стимулы обрабатываются в мозгу и по какому пути проходит электрическое возбуждение в этом процессе.
Однако во многих аспектах эти выводы все еще очень приблизительны. Метод, который сейчас представлен исследователями из Боннского университета и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, может помочь решить эту проблему.
Нервные клетки передают электрические сигналы другим нервным клеткам через биологические «кабели», известные как аксоны. Каждая нервная клетка заключена в тонкую мембрану, отделяющую ее от окружающей среды.
В состоянии покоя на внешней стороне этой мембраны находится много положительно заряженных ионов, значительно больше, чем внутри. Следовательно, существует электрическое напряжение между внутренней и внешней стороной.
Нейробиологи также говорят о мембранном потенциале.
Легкая цепь для нервных клеток
Когда сигнал проходит через определенную точку аксона, этот потенциал изменяется там на короткое время. «И мы можем сделать это изменение видимым», – объясняет проф. Доктор.
Иштван Моди из Института экспериментальной эпилептологии и когнитивных исследований (IEECR) при Медицинском центре Боннского университета. Для этого исследователи обвязывают нервные клетки цепочкой огней, так сказать. Особенность: каждая лампа в этой цепи оснащена диммером, зависящим от напряжения. Это означает, что он темнеет при изменении мембранного потенциала в месте расположения лампы.
Это делает распространение возбуждения видимым как своего рода «темная капля», бегущая по аксону. Исследователи используют флуоресцентные белки в качестве легкой цепи. «Мы ввели ген для этого в клетки», – объясняет Моди. Исследователи также пометили генетический состав своего рода транспортной этикеткой. "Эта этикетка гарантирует, что флуоресцентные красители выводятся за пределы мембраны сразу после их производства.
Своеобразный якорь гарантирует, что они останутся на месте."
Диммер – это не часть нанолампы, а другая молекула: так называемый «гаситель темноты»."Обычно он расположен на внутренней стороне мембраны. Однако из-за изменения напряжения во время пересылки сигнала оно меняется наружу.
Там он встречает флуоресцентные белки и защищает их. В результате нано-лампа становится темнее.
Как только потенциал нормализуется, тушитель тьмы перемещается обратно внутрь, и светимость снова увеличивается.
«В этом методе нет ничего нового», – говорит Моди. «Однако мы существенно улучшили его в двух отношениях.«До сих пор флуоресцентные белки были интегрированы непосредственно в мембрану, что значительно нарушало функцию нейронов. Новые нано-лампы, напротив, находятся вне мембраны. Они также не тускнеют так быстро, но сохраняют свою яркость в течение 40 минут, в четыре раза дольше, чем обычные флуоресцентные красители.
Взрывоопасный диммер
Второе изменение касается тушителя темноты: соединение, обычно используемое для этой цели, токсично, а также легко воспламеняется. Его даже использовали как взрывное устройство во время Второй мировой войны. «С другой стороны, наш тушитель совершенно безвреден», – подчеркивает Моди. "Кроме того, он еще быстрее и чувствительнее реагирует на малейшие изменения потенциала.
Это позволяет нашему методу визуализировать до 100 электрических импульсов в секунду."
Метод позволяет наблюдать за функцией нервных клеток, не нарушая их.
Это позволяет, например, получить более точное представление о связанных сбоях при определенных заболеваниях нейронов. В конечном итоге это новый многообещающий инструмент, позволяющий лучше понять работу мозга.