Μηχανικά σχεδιασμένος αισθητήρας αποκαλύπτει τις κρυφές χημικές συνομιλίες του εγκεφάλου
Μια ομάδα επιστημόνων έχει κατασκευάσει μια πρωτεΐνη που μπορεί να καταγράψει τα εισερχόμενα χημικά σήματα των εγκεφαλικών κυττάρων, αντί να περιορίζεται μόνο στα εξερχόμενα σήματα. Αυτά τα ήσυχα μηνύματα προέρχονται από την απελευθέρωση του νευροδιαβιβαστή γλουταμινικού, ο οποίος διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην επικοινωνία των εγκεφαλικών κυττάρων. Μέχρι σήμερα, η καταγραφή αυτών των σημάτων ήταν εξαιρετικά δύσκολη.
Η καινοτομία του iGluSnFR4
Η ειδική πρωτεΐνη που ανέπτυξαν οι ερευνητές στο Allen Institute και το Janelia Research Campus του HHMI ονομάζεται iGluSnFR4 (προφέρεται ‘γλου σνίφερ’). Είναι αρκετά ευαίσθητη ώστε να ανιχνεύει τα πιο αχνά εισερχόμενα σήματα μεταξύ των νευρώνων, προσφέροντας μια νέα προοπτική για την αποκωδικοποίηση της πολύπλοκης ηλεκτρικής δραστηριότητας που υποστηρίζει τη μάθηση, τη μνήμη και τα συναισθήματα. Αυτή η ανακάλυψη επιτρέπει στους ερευνητές να παρακολουθούν την επικοινωνία των νευρώνων σε πραγματικό χρόνο. Τα αποτελέσματα έχουν δημοσιευθεί πρόσφατα στο περιοδικό Nature Methods και αναμένεται να μεταμορφώσουν την έρευνα στη νευροεπιστήμη, όσον αφορά τη μέτρηση και ανάλυση της νευρικής δραστηριότητας.
Η σημασία της ανακάλυψης
Για να κατανοήσουμε τη σημασία αυτής της ανακάλυψης, είναι χρήσιμο να δούμε πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος: δισεκατομμύρια νευρώνες «συνομιλούν» μεταξύ τους στέλνοντας ηλεκτρικούς παλμούς κατά μήκος των κλάδων τους. Όταν αυτοί οι ηλεκτρικοί σήματα φτάνουν στο τέλος των αξόνων, δεν μπορούν να περάσουν στο επόμενο εγκεφαλικό κύτταρο, γνωστό ως σύναψη. Αντίθετα, προκαλούν την απελευθέρωση χημικών αγγελιαφόρων, γνωστών ως νευροδιαβιβαστές (με τον γλουταμινικό να είναι ο πιο κοινός και κρίσιμος για τη μνήμη, τη μάθηση και τα συναισθήματα), που ενεργοποιούν το επόμενο κύτταρο.
Είναι σαν μια σειρά από ντόμινο που πέφτουν, αλλά με πολύ μεγαλύτερη πολυπλοκότητα: Κάθε νευρώνας δέχεται εισροές από χιλιάδες άλλους νευρώνες, και συγκεκριμένα μοτίβα και συνδυασμοί αυτών των εισροών είναι αυτοί που προκαλούν την επόμενη (λαμβάνουσα) νευρώνα να ενεργοποιηθεί. Με αυτή τη νέα ανακάλυψη, οι επιστήμονες μπορούν τώρα να εντοπίσουν τα κρίσιμα μοτίβα και τους συνδυασμούς δραστηριότητας των εισερχόμενων νευρώνων που προκαλούν την ενεργοποίηση των επόμενων νευρώνων. Μέχρι τώρα, η ανίχνευση αυτών των εισερχόμενων σημάτων σε ζωντανό εγκεφαλικό ιστό ήταν σχεδόν αδύνατη. Οι παλαιότερες τεχνολογίες ήταν είτε πολύ αργές είτε δεν είχαν την ευαισθησία να ανιχνεύσουν τη δράση σε επίπεδο μιας μόνο σύναψης. Τώρα, οι ερευνητές μπορούν να ακούσουν ολόκληρη τη συνομιλία αντί για αποσπασματικές πληροφορίες.
Η συνεργασία πίσω από την καινοτομία
«Η επιτυχία του iGluSnFR4 προέρχεται από τη στενή συνεργασία που ξεκίνησε στο Janelia Research Campus του HHMI μεταξύ της ομάδας του GENIE Project και του εργαστηρίου του Kaspar. Αυτή η έρευνα έχει επεκταθεί στην εξαιρετική εργασία χαρακτηρισμού in vivo που έχει γίνει από την ομάδα Νευρικής Δυναμικής του Allen Institute», ανέφερε ο Jeremy Hasseman, Ph.D., επιστήμονας στο Janelia Research Campus του HHMI. «Αυτή είναι μια εξαιρετική περίπτωση συνεργασίας μεταξύ εργαστηρίων και επιστημόνων».
