تماشای نورون در عمل

سلولهای مغزی ما هر جنبه ای از زندگی ما را کنترل می کنند و ما را به خاطراتی می رساند. اما جذب فعالیت نورون ها به شکل امواج الکتریکی آسان نیست. پردازش اطلاعات در مقیاس زمانی مختلف اتفاق می افتد و شامل تغییرات سریع در ولتاژ، غلظت یون و بسیاری از مولکول های مختلف سیگنالینگ می شود. در یک مطالعه جدید منتشر شده در مجله Nature Communications ، دانشمندان از واحد نوری تصویربرداری نوری در موسسه علمی و فناوری اوکیناوا، فارغ التحصیل دانشگاه (OIST) تکنیک تصویربرداری را ایجاد کرده اند که می تواند فعالیت های الکتریکی را در نورون های تک در حیوانات گسترده ای بیدار کنند . این به دلیل ساختار ظریف نورون ها و تغییرات سریع ولتاژ، تا به حال یک چالش بوده است.

در اغلب مطالعات در مورد نحوه برقراری ارتباط نورون، دانشمندان سیگنال های الکتریکی از نورون ها را درون یک تکه نازک از بافت مغز حفظ می کنند. در چنین آزمایش هایی، نورون ها را می توان در انزوا بدون هر ورودی از نورون های دیگر آن را مشاهده کرد. از تکنیک قطعه مغز، ما بسیاری از نحوه کارکرد نورونها را آموخته ایم، اما نمی تواند تصویر کاملی از نحوه عملکرد نورونها در حیوانات زنده داشته باشد که هر نورون با هزاران نورون دیگر مرتبط است”، پروفسور برند کوهن ، محقق اصلی مطالعه است. “اکنون می توانیم بر این مسئله غلبه کنیم.”

پروفسور کوهن و دکتر کریستوفر روم، یکی از محققان پس از مداخله در OIST، از تکنیک جدید برای ضبط فعالیت نورون های Purkinje استفاده می کنند که در مغز استخوان یافت می شوند و بخشی از مغز که عمدتا در هماهنگی حرکت می کند. هر یک از این نورونهای Purkinje ورودی ها را از حدود 20،000 عصب دیگر در یک موش دریافت می کند و برای مقایسه آن حدود 200،000 انسان است.

راز موفقیت دانشمندان رنگ نارنجی نامیده شد. ANNINE، که در ابتدا در موسسه بیوشیمی مکس پلانک آلمان توسعه یافت. پروفسور کوهن 20 سال قبل در توسعه آن شرکت داشت و از آن زمان تاکنون تلاش کرده است تا بهینه سازی استفاده از آن را برای تصویربرداری ولتاژ انجام دهد. رنگ و روش تصویربرداری  دانشمندان را قادر می سازد تا حتی تغییرات جزئی در ولتاژ درونی نورون را تشخیص دهند.

برای توسعه این تکنیک جدید، سلامت حیوانات به دلایل اخلاقی و علمی بیشترین اهمیت را دارد. دانشمندان با ایجاد یک شکاف بسیار کوچک در جمجمه برای دسترسی به نورون Purkinje در یک مغز موش و ایجاد ژنتیکی آنها را برای تولید پروتئین به نام GCaMP، یک رنگ سبز که منجر به غلظت یون کلسیم درون نورون می شود، آغاز کرد. دکتر رووم تکنیک خاصی برای بستن برش قبلی ایجاد کرد، در حالیکه یک پنجره برای مشاهده فعالیت های نورونی فراهم کرد و همچنان امکان دسترسی به نورون ها را از طریق یک بندر فراهم کرد. این پورت باعث شده است که دانشمندان بتوانند با استفاده از یک میکرو پیپت یک رنگ آکنه حساس به ولتاژ، یک سلول را در یک زمان تزریق کنند. سپس نورونها با استفاده از میکروسکوپ 2 فوتون مشاهده شدند. این برچسب دوگانه از نورون با ANNINE و GCaMP اجازه می دهد تا فعالیت خود را از طریق تصویربرداری همزمان از ولتاژ و غلظت کلسیم نقشه برداری کنند. هنگامی که یک نورون فعال می شود، ولتاژ داخل آن در یک هزارم ثانیه تغییر می کند. این باعث می شود که سطح کلسیم داخل سلول هم تغییر کند، اما در حدود 10 تا 100 برابر آهسته تر تغییر می کند. بنابراین، با نقشه برداری از تغییرات ولتاژ، محققان قادر به تشخیص انواع مختلف سیگنال نسبت به آنهایی بودند که با اندازه گیری غلظت یون کلسیم، که درون یک نورون تنها رخ می داد، شناسایی شدند.

تاپ نیوز جدیدترین مطالب روانشناسی را به زبان ساده در زمینه های تماشای نورون در عمل، مشاوره روانشناسی ، مغز و اعصاب ، سبک زندگی و همسرداری ، اختلالات و بیماری های روانی ، موضوعات مرتبط با تربیت کودک و نوجوان ، سلامت و فیلم های آموزش خانواده و روانشناسی در اختیار شما قرار می دهد.

پروفسور کوهن می گوید: “این مطالعه برای اولین بار می باشد.” نه تنها این اولین بار است که یک رنگ حساس به ولتاژ مورد استفاده برای شناسایی و نقشه برداری از یک نورون تک در یک حیوان بیداری است، همچنین اولین باری می باشد که برای تصویر برداری همزمان از فعالیت الکتریکی و غلظت یون کلسیم استفاده می شود.

پروفسور کوهن می افزاید: «با توجه به ضبط های نوری این مطالعه دقیق ترین مشاهده این است که چگونه یک نورون تک تا انتهای حیات بیدار می ماند و تا به امروز کار می کند. دانشمندان معتقدند این تکنیک جدید به دانشمندان علوم انسانی اجازه خواهد داد تا بدانند که چگونه نورون ها می توانند بلوک های اصلی ساخت مغز ما در یک حیوان بیدار و پاسخگو عمل می کنند.

منبع داستان:

موارد ارائه شده توسط موسسه علمی و فناوری اوکیناوا (OIST)، فارغ التحصیل .توجه: محتوا را می توان برای سبک و طول ویرایش کرد.