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Piccoli cervelli, grande immagine: Misteri di Microscopic di rivelazione di C. Elegans

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È i piccoli pezzi che fanno la grande immagine ed in questo caso, i pezzi non possono essere veduti a occhio nudo.

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La nuova ricerca ad Okinawa Institute dell'università del laureato di scienza e tecnologia (OIST) ha usato le tecniche di microscopia per radunare il cervello del caenorhabditis elegans lungo millimetro, rivelante che i loro neuroni infornano la punta di potenziali-un di azione nella tensione dovuto i neuroni che inviano le informazioni sensoriali nella membrana cellulare. I loro risultati potrebbero condurre a migliore comprensione di come i segnali del nervo sono trasmessi nell'organismo e serviscono da modello futuro per elaborazione delle informazioni di un neurone in altri animali, compreso gli esseri umani.

Gli scienziati dall'unità di biologia di elaborazione delle informazioni (IPBU) e dall'unità di ricerca della neurobiologia (NRU) a OIST hanno collaborato sul progetto. Il IPBU ha avuto la tecnologia geneticamente per modificare i elegans del C., mentre il NRU ha avuto il knowhow per registrare i segnali elettrici dai neuroni minuscoli del verme. Sebbene pensato generalmente per mancare dell'abilità agli impulsi definitivi di potenziali- di azione di fuoco stati necessari per risoluzione Ichiro Maruyama, ricercatore principale del IPBU, abbia risultati che hanno indicato che i neuroni del verme hanno infornato i potenziali d'azione. Per confermare i suoi sospetti, ha voluto ulteriori dati facendo uso dell'elettrofisiologia, che il suo laboratorio attivamente non stava facendo, in modo da ha diviso le sue idee con Jeff Wickens, la testa del NRU ed i ricercatori Tomomi e Mayumi Shindou.

Sette anni più successivamente, il ripagato di collaborazione; lo studio terminato è stato pubblicato nei rapporti scientifici il 5 marzo 2019. Prima del progetto, la percezione comune era che i neuroni dei elegans del C. hanno risposto soltanto in un modo classificato con i segnali analogici. Il lavoro ha mostrato, tuttavia, che i neuroni avrebbero infornato un potenziale d'azione se oltrepassassero una soglia, un tipo più digitale di segnalazione.

«L'elemento principale che questa carta mostra è che i neuroni noi studiano i potenziali d'azione del fuoco,» Wickens ha detto. «Ora i neuroni dei elegans del C. hanno sia trasmissione attiva che passiva, in modo da tutti questi meccanismi sono essenziali per l'elaborazione sensoriale, anche nel più piccolo dei neuroni.»

Per osservare l'elaborazione sensoriale nei elegans del C., Maruyama ed il suo gruppo hanno applicato il sale alla punta del naso del verme. Hanno aumentato e fatto diminuire la concentrazione nel sale, cercante le reazioni diverse dal verme e controllante il electroactivity dei suoi neuroni. Hanno trovato che un aumento in sale in primo luogo ha colpito un neurone sul lato sinistro del cervello, quindi hanno avviato i segnali che inducono il verme a muoversi in avanti. Una diminuzione ha indotto un neurone dalla destra a inviare i segnali affinchè il verme si muova indietro.

«Questo paio dei neuroni ha la stessi struttura e nome, ma completamente di fronte alle funzioni,» Maruyama ha detto. «Facendo uso di quei due neuroni è insieme molto efficiente affinchè il verme raggiungano un posto con una concentrazione preferibile nel sale.»

Metodi minuscoli di sviluppo

Ricercando i elegans del C. impone la a sfida-a per dare a prospettiva quanto a piccolo il cervello dei elegans del C., è essi hanno 302 neuroni, una formica ha 250.000 e un topo ha 75 milioni. Wickens ha messo il suoi precedente postdoc e primo autore della carta, il Dott. Tomomi Shindou, incaricato di sviluppare la metodologia per il progetto. Il lavoro ha preso gli anni del tempo-quattro di approssimazioni successive per creare le giuste tecniche e tre di più per la raccolta dei dati.

Il NRU ha creato un ago di vetro tagliente più di meno della dimensione di un micrometro. Hanno usato l'ago per estrarre una cellula cerebrale dai elegans del C. una volta che fosse esposto per salare per osservare il neurone. Questo metodo è come per mezzo delle pinzette per estrarre una scheggia da un dito.

«Soltanto una manciata di laboratori nel mondo può fare questa,» Maruyama ha detto. «Una volta che la cellula fosse estratta, gli scienziati hanno usato il cambiamento dimisurazione di tensione in cellule per seguire i neuroni che osservano l'attivazione attiva e passiva. Gli scienziati inoltre hanno usato la rappresentazione del calcio per redigere più dati ed hanno osservato i vermi libero-muoventesi che erano stati esposti al sale.

«Potete esprimere una proteina del sensore del calcio in un particolare neurone-se il neurone gli è attivato si accenderà,» Maruyama ha detto. «Una volta che i neuroni sono attivati, producono una fluorescenza verde ed ora state individuando l'attività del neurone con il microscopio fluorescente. I dati dalle due prove abbinate perfettamente.»

«I dati perfettamente abbinati» sono una frase che ogni ricercatore spera di sentire. I risultati indicano che accettato dogma-che questi vermi inviino soltanto passivo segnale-è sbagliato. L'individuazione notevole inoltre apre una porta al tracciato neurale migliore in futuro.

«Elegans di ogni C. ha lo stesso insieme dei neuroni collegati allo stesso modo, a differenza di un cervello del topo che è una giungla dei collegamenti,» Wickens hanno detto. «Se possiamo ottenere una migliore comprensione di questo sistema nervoso semplice, per cui abbiamo un genere di schema circuitale, possiamo ottenere le comprensioni su quanto i cervelli più complicati funzionano ad una più grande scala.»