Wapń ujawnia połączenia pomiędzy neuronami

Nowy sposób obrazowania aktywności mózgu może wpłynąć na rozpoznawanie autyzmu i innych zaburzeń psychicznych, pokazują najnowsze badania. Zespół prowadzony przez neurologów z MIT opracował sposób monitorowania tego, jak komórki mózgowe współpracują ze sobą w celu kontrolowania konkretnych zachowań, takich jak inicjowanie ruchu czy też wykrywanie zapachu.

Nowa technika obrazowania oparta na wykrywania jonów wapnia w neuronach może pomóc w tworzeniu mapy obwodów mózgowych. Może także wpłynąć na lepsze zrozumienie początków autyzmu, zaburzeń obsesyjno-kompulsyjnych oraz innych chorób psychicznych - twierdzi Guoping Feng, autor badania opublikowanego 18 października w dzienniku Neuron.

Aby zrozumieć zaburzenia psychiczne, musimy najpierw studiować na modelach zwierzęcych, aby zobaczyć, co się dzieje w mózgu, gdy zwierzę zachowuje się w sposób nienormalny. Jest to potężne narzędzie, które naprawdę pomoże zrozumieć modele zwierzęce tych chorób oraz pozwoli nam zbadać różnice pomiędzy chorym i zdrowym mózgiem - zauważa Feng.

Jakakolwiek aktywność mózgu wymaga komunikacji pomiędzy neuronami w różnych partiach mózgu. Komunikują się one wysyłając sygnały elektryczne powodując napływ jonów wapnia do aktywnych komórek. Za pomocą barwników naukowcy mogą badać aktywność nerwową w neuronach.

Jednakże mózg zawiera tysiące typów komórek, z których każda wykonuje inną czynność, a barwnik przenosi się do wszystkich komórek, uniemożliwiając wskazanie wapnia w konkretnych typach komórek.

Aby temu zaradzić, zespół naukowców z MIT stworzył system obrazowania wapnia, który może skupić się na konkretnych rodzajach komórek - za pomocą białka zielonej fluorescencji (GFP).

Pierwszy opracował je Junichi Nakai z Saitama University w Japonii, zaś jeden z autorów publikacji - Loren Looger z Howard Hughes Medical Institute, zmodyfikował białko tak, aby wysyłało silniejszy sygnał. Dzięki temu badacze wiedzą już, które komórki są aktywne, kiedy to mózg wykonuje konkretne zadania.

Zespół naukowców był w stanie wskazać aktywne komórki w korze czuciowej myszy, w momencie, gdy były dotykane, oraz komórki węchowe reagujące na konkretne zapachy.

Naukowcy badają teraz myszy wykazujące objawy autyzmu oraz zaburzeń obsesyjno-kompulsyjnych. Używając tych zwierząt, planują szukać wzorców wyładowań neuronów, które różnią się od tych u normalnych myszy.  Może to pomóc w określeniu, co dokładnie jest nie tak na poziomie komórki, oferując mechanistyczne spojrzenie na te choroby.

W chwili obecnej wiemy tylko, że wady w komunikacji na linii neuron-neuron odgrywają kluczową rolę w zaburzeniach psychicznych. Nie znamy dokładnej natury wad i konkretnych typów zaangażowanych komórek - twierdzi Feng. Gdybyśmy wiedzieli, które komórki nie są normalne, moglibyśmy znaleźć sposób na naprawienie tego.

Naukowcy planują także połączenie ich technologii obrazowania z optogenetyką, co pozwoliłoby im wykorzystać światło do włączania i wyłączania konkretnych typów neuronów. Poprzez aktywację specyficznych komórek, a następnie obserwację reakcji w komórkach docelowych, będą w stanie precyzyjnie odwzorować mapę obwodów mózgowych.