211service.com
Hvordan hjerneforskere overliste deres laboratoriemus
Forskere kan nu iagttage forsøgsdyrs hjerner i mikroskopiske detaljer, mens dyrene udfører nogle handlinger. En teknik, der kaldes to-foton-billeddannelse, giver især neuroforskere mulighed for at se tusindvis af neuroner arbejde sammen om at kode information.
En mus er klar til at komme ind i et virtual reality-system, hvor dens hjerne kan afbildes, mens den tror, den løber gennem en labyrint.
Problemet er, at to-foton-billeddannelse kræver, at dyrets hoved forbliver fast på plads. Det ser ud til at udelukke at se hjernen, da dyret gør noget af stor interesse.
En kreativ løsning er virtual reality - et computergenereret miljø, der opleves gennem et headset. For et par år siden begyndte neurovidenskabsmænd at designe bittesmå virtual reality-systemer for at narre mus til at tro, at de navigerede i en labyrint, når de virkelig løb på toppen af en stor bold med hovedet fikseret i position.
Indtil nu løb mus dog ikke på bolden, før de havde haft ugers træning. Nicholas Sofroniew, der arbejdede sammen med andre på HHMI Janelia Campus i Virginia, skabte en taktil virtuel labyrint, som musene ser ud til at forstå med det samme: de navigerer gennem virtuelle korridorer uden træning. På det seneste har han arbejdet sammen med Jeremy Freeman for at udvide systemets kompleksitet.
Det er designet til at udnytte den måde, mus navigerer på i naturen, siger Freeman. I stedet for primært at stole på deres øjne, er mus meget afhængige af deres knurhår for at kunne mærke sig gennem verden.
I den knurhår-orienterede virtuelle virkelighed bevæger væggene sig for at give musen en illusion af, at den løber ned ad snoede korridorer, siger han. Men hele tiden er gnaverens hoved stationært.
Et billede i høj opløsning viser neuroner i aktion, mens musen navigerer i den virtuelle virkelighed.
Karel Svoboda, en seniorforsker på projektet, siger, at de allerede har lært, at forskellige neuroner affyrer afhængigt af afstanden mellem musens hoved og væggen. Hjernen ser ud til at oversætte input fra knurhårene til en form, som musen kan bruge.
Billedteknikken, som Svoboda var med til at udvikle, er afhængig af fluorescerende proteiner fra vandmænd. Forskerne ændrer genetisk musene, så deres celler laver dette fluorescerende protein i en form, der aktiveres, når de udsættes for calciumioner. Neuroner kommunikerer ved at overføre calciumioner, så de mærkede neuroner lyser op i samspil med hjerneaktivitet. For at se og registrere, hvad der foregår, erstatter forskerne en del af dyrenes kranier med et lille vindue.
Forskere har længe været i stand til at lytte til enkelte neuroner ved hjælp af elektroder, siger Svoboda, men det svarer til kun at kunne høre ét instrument under en symfoni. Nu, siger han, kan de se, hvordan information flyder gennem hjernen, mens musen lærer at klare et nyt, omend virtuelt miljø.
Selvom musens hoved ikke bevæger sig, er den engageret i det, Svoboda kalder aktiv sansning. Vi gør det, når vi flytter øjnene rundt for at udforske vores omgivelser. Mus gør det også, og de flytter også deres knurhår rundt for at udforske efter følelse. Musehjernen ser ud til at bruge sæt neuroner til at repræsentere afstande, siger han.
I sidste ende håber forskerne at forstå, hvordan hjernen beregner information. Det kunne hjælpe med at afdække, hvad der sker ved lidelser som autisme. Vi ønsker at forstå, hvordan hjerner gør alt, hvad der er involveret i sansning, læring og beslutningstagning, siger Freeman.
Det, de virkelig gerne vil, er at forstå læringsmekanismen og komme ind på intelligensens natur. Det er et svært problem, siger han, men at prøve at forstå hjernen, mens vi udforsker fordybende miljøer, er et af vores bedste skud.