Теперь, впервые, исследователи создали метод, чтобы смотреть – в режиме реального времени – деятельность тех мотонейронов. Новая технология, разработанная учеными Salk и изданная в Нейроне, помогает исследователям понять, как клетки спинного мозга устанавливают связи с мотонейронами, и как клиницисты могли бы быть в состоянии восстановить те связи в пациентах с повреждениями спинного мозга или нейродегенеративными заболеваниями как амиотрофический боковой склероз (ALS).
«Используя оптические методы, чтобы быть в состоянии следить за деятельностью нейрона была мечта за прошлое десятилетие», говорит Самуэль Пфафф, преподаватель в Лаборатории Экспрессии гена Солка. «Теперь, это – одно из тех редких времен, когда технология на самом деле объединяется, чтобы показать Вам вещи, Вы не были в состоянии видеть прежде».В прошлом, чтобы измерить деятельность нейронов – полагались ли в мозгу или простирающийся всюду по телу – ученые на электроды, которые могли бы обнаружить изменение в электрическом напряжении в клетке, когда это активировано.
Но это хитро, чтобы использовать электроды, чтобы одновременно сделать запись деятельности многих различных типов нейрона сразу, чтобы учиться, как их деятельность синхронизирована.Чтобы обойти этот недостаток чтений электрода, команда Пфаффа использовала флуоресцентный белок датчика под названием GCaMP6f, который освещает каждый раз, когда нейрон активирован. В отличие от электродов, белок мог легко быть добавлен ко многим различным клеткам сразу.
Когда Пфафф и его коллеги добавили GCaMP6f к мотонейронам, они могли смотреть с микроскопом, какие клетки были активированы в спинном мозге мыши, когда химикаты, которые включают гуляющие схемы, были добавлены.«Вы не должны делать никакого вида постобработки изображения, чтобы интерпретировать это», говорит Пфафф. «Это просто сырые сигналы, которые Вы видите через окуляр микроскопа.
Это – действительно потрясающий вид визуализации для нейробиолога».Группа Пфаффа использовала новый метод, чтобы ответить на давний вопрос о том, как коллекция клеток в спинном мозге, названном двигательным центральным генератором образца (CPG), соединяется с правильными мотонейронами, чтобы позволить движения как ходьба. CPG, Пфафф говорит, то, где относительно простые сигналы от мозга – чтобы идти вперед, или двигают Вашей рукой от горячей печи – переведены на более сложные инструкции для мотонейронов, чтобы управлять мышцами.
«Наша нервная система должна принять решения и вычисления, чтобы сказать различным мышцам сокращаться, или если не сокращаться, или сумма силы и скорости, чтобы использовать, сокращаясь», объясняет Пфафф. Это – CPG, который помогает сделать многие из этих вычислений, ученые верят. Таким образом, нормальное движение требует, чтобы нейроны CPG в спинном мозге соединились с и контроль, когда мотонейроны стреляют.
Но до сих пор исследователи не знали точно, как клетки CPG подделали эти связи.Щипая местоположения и тождества мотонейронов, и затем наблюдая получающиеся образцы активации, используя их новую флуоресцентную технику, Крис Хинкли в лаборатории Пфаффа нашел, что CPG не положился только на местоположения клеток, чтобы соединиться с ними. Вместо этого генетическая идентичность каждого подтипа клеток – что делает тех, которые управляют мышцей квадрицепса, отличающейся от тех, которые управляют икроножной мышцей, например – также важна.Это – ключевое открытие, Пфафф говорит для исследования в области того, как лечить повреждения спинного мозга и АЛЬС.
В настоящее время многие ученые пытаются превратить стволовые клетки в мотонейроны, которые они тогда внедряют в спинной мозг, чтобы восстановить поврежденные связи. Новые результаты Пфаффа, тем не менее, предполагают, что общие мотонейроны не могли бы добиться цели – лучшее лечение может потребовать правильных подтипов мотонейронов.
Больше работы, однако, необходимо, чтобы понять последствия этого и точно как она могла бы перевести к лечению болезни.