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Gli scienziati osservano l'attività di cervello in tempo reale
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I nuovi strumenti per permettere ai ricercatori osservano rapidamente e sensibile le attività di cervello.
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Due scienziati della Stanford hanno lavorato insieme per generare gli attrezzi per l'osservazione dei nervi in tempo reale mentre trasmettono i segnali ad uno un altro.
L'osservazione delle tracce di luce d'ardore spargersi fra i nervi collegati aiuterà gli scienziati a capire come quei diversi segnali aggiungono all'accumulazione complessa dei pensieri e delle memorie della persona.
“Volete sapere quali neuroni stanno infornando, si collegano insieme e come rappresentano le informazioni,„ hanno detto Michael Lin, il MD, il PhD, assistente universitario della pediatria e della bioingegneria. “Una buona sonda da fare che è stata sulla lista di obiettivi per le decadi.„
Lin ed il contrassegno Schnitzer, PhD, professore associato di biologia e di fisica applicata, hanno sviluppato due metodi differenti per permettere che i neuroscenziati leggano più rapidamente e sensibile l'attività di cervello. Le loro pubblicazioni su questo soggetto entrambe sono state pubblicate il 22 aprile. Lin comparso in neuroscienza della natura e Schnitzer comparso nelle comunicazioni della natura.
Facendo i pensieri illumini in su
Le invenzioni dal gruppo di ricerca di ogni scienziato hanno mólto il in comune. Entrambi coinvolgono le proteine che si illuminano in su mentre una corrente elettrica scopa giù i tendrils lunghi che collegano insieme i nervi. Gli scienziati possono inserire queste proteine in un gruppo specifico di cellule cerebrali che vogliono studiare? dica, cellule nella parte del cervello in questione nella memoria, o cellule che specificamente inibiscono altri neuroni da infornamento? ed allora guardi quelle cellule come comunicano in tempo reale.
Con questi attrezzi che scienziati possono studiare come impariamo, si ricordano, traversano o qualunque altra attività che richiede le reti dei nervi che funzionano insieme. Gli attrezzi possono anche aiutare gli scienziati a capire che cosa accade quando quei processi non funzionano correttamente, come nelle malattie del Parkinson o del Alzheimer, o altri disordini del cervello.
Le proteine hanno potuto anche essere inserite in neuroni in un piatto del laboratorio. Gli scienziati che sviluppano le droghe, per esempio, potrebbero esporre i nervi umani in un piatto ad una droga e la vigilanza in tempo reale per vedere se la droga cambia il senso il nervo inforna. Se quei neuroni nel piatto rappresentano una malattia, come Parkinson, uno scienziato potrebbe cercare le droghe che inducono quelle cellule ad infornare più normalmente.
Per più di una decade, i neuroscenziati hanno guardato una procura di infornamento dei nervi. Ogni volta un nervo trasmette un segnale, il calcio si sommerge nella cellula ed allora è pompato si ritira in previsione del segnale seguente. Infatti, Schnitzer ha sviluppato una macchina fotografica miniatura che sta usando per scrutare nei cervelli dei mouse per registrare queste onde del calcio. Il suo laboratorio ha messo a fuoco sullo studio della regione del cervello in questione nell'apprendimento e nella memoria.
Ma che Schnitzer vede attraverso la sua macchina fotografica molto piccola non è l'attività reale del nervo. Sta guardando le ombre e come delle ombre sono una buona procura? ma le loro figure non sono sempre realistiche. Il calcio rimane lungamente nel neurone dopo che un segnale ha scopato oltre e può mascherare un secondo segnale come esso infiamma vicino. Inoltre, a volte un segnale elettrico non innescherà abbastanza calcio per fornire una cellula affinchè la proteina si illumini in su.
“Percepire il calcio è insufficiente per una comprensione completa che cosa sta accadendo,„ di Schnitzer ha detto. “Ci sono inoltre molti tipi di un neurone delle cellule che non sono ben esaminati con le sonde del calcio.„
Frustrato con la condizione degli attrezzi per la sorveglianza dei nervi fuoco, Lin e Schnitzer applicati insieme per e ricevuti una concessione del seme da Stanford Bio--x per sviluppare uno. Queste concessioni sostengono i progetti ad alto rischio che riuniscono il "know-how" di biologia e di ingegneria per risolvere i problemi nel campo.
Separi i metodi
Anche se i due laboratori hanno avuti lo stesso obiettivo e concluso sullo sviluppo sonda con le simili qualità, hanno adottato i metodi molto differenti.
Il laboratorio del Lin mette a fuoco sulle proteine di ingegneria che possono essere usate come attrezzi per studiare le funzioni di come la cellula funziona. Lin e l'erudito postdoctoral Francois St-Pierre, PhD, hanno avuti un'idea per la generazione della proteina che si sarebbe illuminata in su in risposta ad un cambiamento nella tensione, come che cosa accade quando un nervo trasmette un segnale.
Altri scienziati stavano lavorando allo stesso problema, ma non potevano generare una proteina che ha risposto rapidamente e forte ad un cambiamento nella tensione. Esaminando la struttura delle proteine dirilevamento differenti, St-Pierre ha pensato che potrebbe generare un migliore segnale mettendo l'elemento fluorescente nel mezzo di una proteina dirilevamento.
Malgrado alcune preoccupazioni che un grande elemento fluorescente nel mezzo della proteina potrebbe interrompere la relativa funzione, la combinazione ha funzionato. Lui e Lin hanno chiamato APPENA POSSIBILE la loro sonda? una sigla per una descrizione scientifica della proteina così come una descrizione della luce veloce della proteina. St-Pierre era autore importante della carta di neuroscienza della natura.
Come St-Pierre, il gong postdoctoral di Yiyang dell'erudito, PhD, nel laboratorio dello Schnitzer riconosciuto l'esigenza di una proteina dirilevamento, ma del lui ha preso l'ispirazione da un metodo differente. Aveva letto su lavoro dagli scienziati che tentano, senza molto successo, di rilevare la tensione riparando con le proteine batteriche denominate rhodopsins. Il gong ha apportato le modifiche significative a quel metodo e, come St-Pierre, si è concluso in su con una proteina che incastonerà nella luce della membrana e dei prodotti della nervo-cellula quando il nervo inforna. Il gong era autore importante della carta di comunicazioni della natura.
“Le due sonde realmente hanno simile prestazione, che è una coincidenza perché siamo arrivato loro dai sensi molto differenti,„ Lin hanno detto.
Entrambi i gruppi di ricerca indicano che le loro proteine funzionano in neuroni in un piatto del laboratorio. Il gong inoltre ha inserito la sua proteina in un gruppo di neuroni (denominati neuroni di Purkinje) in mouse viventi e poteva registrare lampeggiante della proteina come quei nervi trasmessi a segnali. Poteva vedere il fuoco di quei nervi attraverso una finestra di vetro molto piccola nel cervello del mouse, ma gli scienziati dicono che potrebbero usare una macchina fotografica come l'uno Schnitzer sviluppato per osservare le parti più profonde del cervello.
Gli scienziati dicono che osservano le loro sonde come punto di partenza. Pensano continuare a raffinare le proteine per avere proprietà che sono ottimizzate per i tipi differenti delle cellule o per produrre i colori differenti di luce.
“Penso che ci siano le applicazioni emozionanti permesse a che cosa abbiamo sviluppato,„ da Schnitzer abbiano detto.
Mentre continuavano a migliorare i loro sensori di tensione, le due squadre inoltre hanno ottenuto il finanziamento unito con una concessione Bio--x di Neuroventures, ora connessa con l'istituto di neuroscienze della Stanford, per sviluppare un senso novello di attività neurale di formazione immagine profonda nel cervello. Quel lavoro aggiungerà un nuovo attrezzo per la comprensione come l'allineamento complesso dei collegamenti del cervello li fa che siamo.
Altri co-author della Stanford della carta della squadra di Schnitzer erano contrassegno Wagner, un dottorando e Jin Zhong Li, il PhD, direttore della virologia molecolare. Altri co-author della Stanford della carta della squadra del Lin erano dottorando Jesse Marshall ed erudito postdoctoral Ying Yang, PhD.
Lo studio dello Schnitzer è stato costituito un fondo per dal Defense Advanced Research Projects Agency, la Stanford che fende il programma neurale di codice, Stanford Bio--x, gli istituti nazionali di addestramento Grant del laureato di neuroscienza della Salute-Stanford e l'iniziativa nazionale di futuro di Keck delle accademie.
Lo studio del Lin è stato costituito un fondo per dal National Science Foundation, Walter V. ed amicizia Postdoctoral della bacca di Idun, Stanford Bio--x, la Stanford che fende il programma neurale di codice e l'iniziativa nazionale di futuro di Keck dell'Accademia delle Scienze.
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