Leuchtenden Protein zeigt Tiere Hirnaktivität

Mit Hilfe eines Proteins, haben Forscher jetzt eine genauere Möglichkeit, Gehirnaktivität zu sehen – bis hin zu was in einer einzelnen Zelle im lebenden Gehirn vor sich geht.

Ein Team von Forschern am Howard Hughes Medical Institute in Maryland hat ein Protein gefunden, die Kalzium-Teilchen im Gehirn bindet und ändert Farbe von Grün auf rot, wie die Gehirnzellen aktiv zu werden.

Das Protein nennt man CaMPARI, für "Kalzium moduliert Photoactivatable ratiometrischen Integrator). Calcium-Ionen tragen elektrische Ladungen im Nervensystem, so dass ihre Anwesenheit zeigt an, ob eine bestimmte Neuron feuern.

Forscher haben versucht, Möglichkeiten, genau verfolgen zu finden, welche Neuronen in einem lebenden Gehirn aktiv sind, aber die Suche ist schwierig gewesen. Funktionelle Kernspintomographie (fMRI) ist eine Möglichkeit, die Aktivität des Gehirns zeigen – es basiert auf der Idee, dass die Durchblutung im Gehirn Aktivität entspricht. Aber die Auflösung der Bilder von fMRI gemacht ist grob, mit jedem beleuchteten Pixel aus Tausenden von Zellen. Darüber hinaus ist die Durchblutung nicht immer perfekt auf Aktivität des Gehirns abgestimmt; Es dauert einige Zeit für Blutgefäße reagieren auf eine Änderung in der Aktivität des Gehirns, so dass die Bilder nicht neuronalen Aktivität in Echtzeit angezeigt werden.

Eine andere Methode, die darauf lassen Forscher die Aktivität einzelner Zellen zu sehen abzielt, umfasst Gene genannt unmittelbaren frühen Gene (IEGs) diesen Code für Proteine, die sind nur vorhanden, wenn Neuronen aktiv sind. Forscher haben herausgefunden, dass sie ein Tier eine Aufgabe Lehren, und dann suchen Sie im Gehirn des Tieres zu sehen, welche dieser Proteine vorhanden sind. Allerdings sagte braucht es Zeit für die Zellen, die die Proteine zu machen, so die Forscher noch nicht in der Lage zu sehen, genau dann, wenn einzelne Zellen aktiv sind, Eric Schreiter, ein leitender Wissenschaftler am Howard Hughes Medical Institute, die die neue Studie leitete. [6 Lebensmittel, die gut für Ihr Gehirn]

Eine dritte Methode beinhaltet die Verwendung von Molekülen, die an Kalzium, Leuchten binden, wenn Neuronen aktiv sind, aber das Problem ist, dass Sie ein Mikroskop seitens des Gehirns trainiert haben möchten. Das Tier hat auch zurückgehalten werden, so ist sein Verhalten weniger natürlich.

Im Gegensatz dazu das CaMPARI-Protein in die neue Forschung an Kalzium bindet und reagiert sofort auf neuronale Aktivität in der Größenordnung von Millisekunden. Forscher können auf das Tier, um das Protein zu leuchten, zu bekommen, so es möglich ist, lebende Tiere Gehirne in Aktion zu beobachten ein UV-Licht leuchten. Darüber hinaus konnten Wissenschaftler das CaMPARI-Protein verwenden, um genau sehen welche Neuronen aktiv in ein Tier 5 Sekunden in eine bestimmte Tätigkeit, und dann bei 10 Sekunden sind und so weiter.

Die Forscher führten Experimente mit CaMPARI-Protein im Zebrafisch, Fruchtfliegen und Mäusen, laut dem Bericht. Um das CaMPARI-Protein in die Gehirnzellen der Tiere zu erhalten, nutzten die Wissenschaftler eine veränderte Virus, die das Protein produziert, sobald es die Zellen "angesteckt". (Das Virus nicht die Tiere krank machen.)

In einem Experiment Stellen das Team Zebrafisch in Wasser in unterschiedlichen Temperaturen und Turbulenzen. In einem anderen sie Fruchtfliegen zu verschiedenen Gerüchen ausgesetzt, und in einem anderen, wurden die Mäuse einen Film gezeigt.

In jedem Fall beleuchtet das Forscherteam die Tiere Gehirne mit violetten Licht zu bestimmten Zeiten. Die CaMPARI glühte entweder grün oder rot, je nachdem, wie aktiv die Neuronen wurden.

Für das fliegen und Zebrafisch sind die Forscher nur benötigt, um die Tiere im Licht, als ihr Gehirn Fällen Baden dünn und relativ transparent. Um die Aktivität des Gehirns von Mäusen zu sehen, mussten die Forscher ein Fenster in den Schädel des Tieres zu schneiden.

Schreiter, sagte andere Forscher hatten Arbeit auf Proteine, die auf bestimmte Elemente in neuronalen Zellen binden, und von da an war es eine logische kurzen Sprung, ein Protein zu finden, die Kalzium bindet.

Die Forscher stellten fest, dass dieses Protein, das menschliche Gehirn zu studieren kann nicht verwendet werden, da einen Virus zu liefernden erforderlich und es keine anerkannte Möglichkeit gibt, dass beim Menschen noch nicht.

Aber immer noch, die Methode ist ein leistungsfähiges Werkzeug, sagte Jerry Chen, als Fellow an das Institut für Hirnforschung an der Universität Zürich in der Schweiz, die nicht an der Studie beteiligt war. Der neue Bericht erweitert das Methodenrepertoire für Hirnforscher, sagte er.

"So können wir jetzt Neuronen, deren Aktivität bezieht sich auf eine einzige Erfahrung, zu identifizieren und dann zurück gehen und studieren diese einzelnen Neuronen mehr eng um zu verstehen, wie Arbeitsspeicher oder [Ideen] kodiert sind," Chensaid.

"Es irgendwie zusammen ein paar Ansätze, bringt", sagte John Guzowski, Associate Professor für Neurobiologie an der University of California, Irvine, der nicht an den Arbeiten beteiligt war. Techniken wie diese sind schwerer zu bis hin zu größeren Gehirne, fügte er hinzu, und es ist die Frage der Bindung an Kalzium. Calcium ist das sehr Ion, das Strom im Gehirn überträgt, und wenn es ein Protein bindet, nicht das Kalzium die Ladung übertragen. So kann in großen Mengen, etwas wie CaMPARI eigentlich normale Gehirnfunktion, stören so dass zukünftige Experimentatoren, entfallen müssen werden.

Schreiter räumte ein, dass dies ein Problem sein könnte. Er sagte, dass weitere Experimente mit anderen Proteinen Möglichkeiten offenbaren könnten, bestimmte Gehirnchemikalien, wie Dopamin, zu verfolgen, aber des Tricks eines finden, das nicht zu viel mit den Chemikalien im Gehirn selbst stören.

Die Studie erscheint in der 13 Februar-Ausgabe der Zeitschrift Science.

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