211service.com
Technicolor hjernen
Forskere ved Harvard University har udviklet en ny metode til at sætte hjernen til at gløde i en regnbue af farver. Teknologien vil give videnskabsfolk mulighed for at generere kort over en af hjernens sidste grænser: det komplekse virvar af neurale kredsløb, der indsamler, behandler og arkiverer information. Sådanne kort kan i sidste ende kaste lys over den tidlige udvikling af den menneskelige hjerne og på sygdomme som autisme og skizofreni, der har været forbundet med forbindelsesproblemer.
Regnbuehjerne: Genetisk konstruerede hjernebuemus udtrykker tilfældige kombinationer af cyan, gule og røde fluorescerende proteiner i nerveceller. Som følge heraf er neuroner og deres fremspring - lange haler, der forbinder til andre celler - mærket med et væld af forskellige nuancer. På dette billede fra en del af hippocampus er en hjernestruktur involveret i hukommelsen, neuroner (kan skelnes ved deres forskellige runde cellelegemer) og astrocytter (kendes fra deres diffuse stjerneform), en støttecelle i hjernen, mærket med flere forskellige farver.
Dette vil være et utroligt stærkt værktøj, siger Elly Nedivi , en neuroforsker ved MIT, som ikke er involveret i forskningen. Det vil åbne op for enorme muligheder i forhold til at se på neurale forbindelser.
I årevis har forskere brugt fluorescerende proteiner afledt af vandmænd til at markere specifikke celler i gensplejsede dyr. Men det begrænsede antal tilgængelige farver var ikke nok til at skabe et detaljeret billede af de millioner af neuroner i hjernen. Jean Livet, Jeff Lichtman , og deres samarbejdspartnere ved Harvard gensplejsede mus til at bære adskillige kopier af gener, der koder for fluorescerende proteiner i tre forskellige farver - gul, rød og cyan - samt et enzym, der tilfældigt kan blokere enhver undergruppe af disse gener i at producere deres fluorescerende tag.
Når musene fodres med en forbindelse, der aktiverer enzymet, gennemgår hver celle en tilfældig molekylær proces, hvor undergrupper af de farvekodende gener slås ud. De resterende gener producerer de tre farvede fluorescerende forbindelser i forskellige mængder, som kombineres for at danne en unik ny nuance. Vi får en bred vifte af farver – omkring 100, siger Lichtman. Forskerne kalder dyrene for hjernebuemus på grund af de farverige billeder, de tager af deres hjerner. Et nyt papir, der beskriver processen, blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Natur .
Multimedier
Se billederne produceret af gensplejsede 'hjernebue'-mus.
Evnen til at male individuelle hjerneceller med en så bred palet vil give neuroforskere mulighed for at udforske neurale kredsløb som aldrig før. Det meste tidligere arbejde har fokuseret på større anatomi eller på funktionen af individuelle celler, og går glip af de detaljerede ledninger mellem disse to skalaer. Der er en hel klasse af lidelser i nervesystemet, som folk har mistanke om skyldes defekter i forbindelserne mellem nerveceller, men vi har ikke rigtige værktøjer til at spore forbindelserne, siger Lichtman. Det ville være meget nyttigt at se på ledninger i dyremodeller af autismespektrumforstyrrelse eller psykiatrisk sygdom.
Når naboceller er mærket med samme farve, som i tidligere metoder, er det svært at skelne hver celles vej i hjernen. Men i dette tilfælde er naboceller normalt forskellige farver, hvilket gør det muligt for videnskabsmænd at følge deres sammenfiltrede projektioner, når de forgrener sig og synapser i hele hjernen. I et proof-of-princip-eksperiment sporede forskerne alle forbindelserne i en lille skive cerebellarvæv, den del af hjernen, der styrer balance og bevægelse. Det vil give forskerne mulighed for at finde ud af ikke bare, hvad neuroner gør, men hvad de gør i sammenhæng med det intakte kredsløb, siger Nedivi. Jeg er sikker på, at den dag avisen udkommer, vil alle og deres mor ringe til dem og spørge efter disse mus.
Lichtman og hans samarbejdspartnere planlægger at bruge teknikken til at studere, hvordan hjernen udvikler sig. Under udviklingen ændres ledninger på en dramatisk måde, siger Lichtman. Unge pattedyr har faktisk for mange forbindelser og skal beskære det overskydende, men det er uklart, hvordan det sker. Valget af, hvilke forbindelser der bevares og mistes, har nok meget at gøre med, hvordan mennesker er formet af deres erfaringer, siger han. For at forstå reglerne for den trimning kræver det at se [hvilke forbindelser] der kan forblive, i forhold til hvilke der kan forlade.