Gehirnzellen angesehen 'reden' auf molekularer Ebene
Gehirn-Scans beginnen nun, peer-bis auf die molekulare Ebene, enthüllt, was Gehirnzellen miteinander, sagen, sagen Forscher.
Diese neue Technik könnte das Verhalten des menschlichen Gehirns auf der grundlegendsten Ebene nachgeben Erkenntnisse über Krankheiten wie sucht, beleuchten hinzugefügt die Wissenschaftler. Gerade jetzt ist die Technik nur an Ratten getestet wurde.
"Dies zeigt eine neue Möglichkeit, das Gehirn zu studieren – niemand hat jemals abgebildet Aktivität des Gehirns auf diese Weise vor," sagte Studie Autor Alan Jasanoff, Biotechnologe und Neurowissenschaftler am MIT.
Einer der wichtigsten Wege Forscher verwenden, um Gehirne zu scannen ist Magnetresonanztomographie oder MRT. Diese Scanner Tauchen Menschen in starken magnetischen Feldern und dann schlug sie mit Radiowellen, Förderung der Atome – in der Regel Wasserstoff-Atome – Signale aussenden, die Einblicke in den Körper führen.
Mit MRT, die Wasserstoffatome im Wasser betrachten, können Wissenschaftler des Blutflusses im Gehirn, folgen, Aufschluss über die Aktivität des Gehirns. Diese Strategie, bekannt als funktionelle MRI oder fMRI, zeigt jedoch im Wesentlichen nur welche Teile des Gehirns sprechen, nicht was die verschiedene Bereiche des Gehirns zueinander sagen. [Siehe 3D-Bilder des menschlichen Gehirns]
Jetzt benutzen Wissenschaftler neuartige Moleküle, die ihnen fMRI verwenden, um zu sehen, welche bestimmte Nachrichten Gehirnzellen senden einander helfen können.
Die Moleküle, sie entwickelt basieren auf einem Protein bekannt als BM3h. "Es ist ein Häm-Protein, eine Art von Protein, das ein Eisenatom in seiner chemischen Struktur ähnlich wie der Sauerstoff transportierenden Protein in Ihrem Blut Hämoglobin macht, aufgenommen hat" Jasanoff sagte Leben Wissenschaft. "Iron Heart von BM3h ist magnetisch aktiv und kann das Signal, das Wasser, während fMRT abgibt durcheinanderbringen."
Bisherige Arbeit verändert die Forscher BM3h machen es bindefähig auf Neurotransmitter, die Chemikalien, die Gehirnzellen zu verwenden, um sich gegenseitig Nachrichten senden. Wenn diese Proteine auf ihre Ziele binden, "wirst du dann sehen ein wenig Dip im fMRT-Signal", sagte Jasanoff.
Eines der modifizierte Proteine, bekannt als BM3h - 9 7, Riegel auf die Neurotransmitter Dopamin, der spielt eine wichtige Rolle im Verhalten angeregt durch Belohnungen. "Dieses Protein wirkt wie ein Sensor für Dopamin," sagte Jasanoff.
In ihrem neuesten Werk injiziert Jasanoff und seine Kollegen BM3h - 9 7 in den Gehirnen von Ratten, die Dopamin-Aktivität in das ventrale Striatum, eine Belohnung verarbeitende Gehirnregion messen. "Wir gaben dann die Tiere kleine elektrische Stöße an, dass ein Teil des Gehirns, Reize ähnlich wie was man bei Drogenabhängigkeit sehen könnte", sagte Jasanoff. [Im Inneren des Gehirns: eine Foto-Reise durch die Zeit]
Die Wissenschaftler erzeugt eine 3D-Karte der Freisetzung von Dopamin im Gehirn von den Nagetieren.
"Wir zeigten Freisetzung von Dopamin im Nucleus Accumbens Kern, eine Gehirnregion, wir wussten, dass ein Ziel für Dopamin, aber es zu sehen, wie die hellste Stelle im Gehirn-Karte eine neue war, eine konsistent mit früheren Ergebnissen, finden war", sagte Jasanoff. "Unser Sensor fand auch Hinweise auf Dopamin-Freisetzung in Teilen des Gehirns, die in der Regel nicht in invasive Studien untersucht."
Obwohl Wissenschaftler zuvor Möglichkeiten zur Analyse von molekularen Aktivität im Gehirn haben, handelt es sich um typischerweise invasiven Strategien Kadaver Gehirne oder kleine Portionen von lebenden Gehirne. "Hier bekommen wir das Beste aus beiden Welten – der Detaillierungsgrad mit invasiven Strategien und die Möglichkeit man kann, mit nicht-invasiven Strategien wie fMRI, betrachten das ganze Gehirn" Jasanoff sagte.
Jasanoff, die seit BM3h - 9 7 Riegel auf Dopamin, Vorsicht könnte es etwas normales Dopaminfunktion im Gehirn, potenziell Schiefstellung Ergebnisse stören. Noch, sagte er, dass das Niveau der BM3h - 9 7, die sie verwenden sind viel niedriger als die Konzentrationen von Dopamin an den Synapsen, die Lücken zwischen den Neuronen wo Gehirnzellen Großteil ihrer Kommunikation mit einander zu tun.
Das Forscherteam arbeitet nun auf Sensor-Proteine, die an anderen Neurotransmittern wie Serotonin binden. Allerdings gibt es derzeit keine Möglichkeit, mehrere dieser Sensor-Proteine zur gleichen Zeit verwenden, um mehrere Neurotransmitter gleichzeitig verfolgen. Im wesentlichen aussehen diese Sensor-Proteine, die alle gleich, fMRT, so dass Forscher keine Möglichkeit, haben die Auswirkungen der eine vom anderen zu unterscheiden.
"Sie können von ihnen nicht als verschiedene Farben denken, aber alle die gleiche Farbe, so dass man nicht sagen, dass sie auseinander, wenn Sie mehrere auf einmal verwenden", sagte Jasanoff.
Die Forscher wollen nun die Empfindlichkeit des ihre Technik zu verbessern. "Dies auf den Menschen noch verwendet werden kann," sagte Jasanoff.
Letztlich, "Wir hoffen mit diesen Sensoren zu studieren und zu helfen, bessere Modelle des Gehirns, wie z.B. Modelle wie das Gehirn verhält, wenn Sie eine Aufgabe oder bessere Modelle der sucht, lernen zu entwickeln", sagte Jasanoff. "Sobald wir bessere Modelle der sucht haben, vielleicht können wir Behandlungen für Süchte, verschiedene Medikamente testen."
Die Wissenschaftler ihre Ergebnisse detailliert von morgen (Mai (2) Ausgabe der Zeitschrift Science.
Folgen Sie uns @livescience, Facebook & Google +.