Uusi Tekniikka Avaa Ikkunan Aivojen Tutkimukseen

{h1}

Optogenetics antaa tutkijoille mahdollisuuden kontrolloida aivojen hermosolujen toimintaa kevyellä stimulaatiolla.

Tämä kulissien takaa koskeva artikkeli toimitettiin WordsSideKick.comille yhteistyössä National Science Foundationin kanssa.

Ennen kuin jatko-opiskelija, Ed Boyden pyysi nappulaa, joka lähetti sinistä valoa sykkivästi viljeltyjen aivosolujen lautasen kautta 4. elokuuta 2004, hän tiesi, että hän oppisi jotain, vaikka mitä seuraavaksi tapahtui. Jos viljellyt aivosolut jatkavat liiketoimintaansa, valoa häiritsemättä, hän tietäisi, ettei jotain olisi mennyt suunnitellusti, ja hän pakeni ja lähti kotiin yöksi. Vaihtoehtoisesti, jos viljellyt aivosolut vastasivat sähköisen aktiivisuuden puhkeamisella, kuten hän aikoi, hän olisi vielä myöhään illalla laboratoriossa.

Hän oli kunnossa molemmilla vaihtoehdoilla.

"Suunnittelen kokeilua rakentavaksi epäonnistumiseksi, jos suunnittelet sitä niin, että se kertoo sinulle vielä jotain, vaikka se ei toimisi, se on tapa alkaa selvittää, mitä tapahtuu. "

Kuten kävi ilmi, hän oli pitkään aikaan.

"Meillä oli onnekas, se toimi ensimmäisellä kokeilulla", Boyden sanoo.

Menestynyt kokeilu, joka viime yönä vuonna 2004 johti lopulta kehittymään vallankumouksellisen uuden tutkimustekniikan, joka tunnetaan nimellä optogenetics. Optogenetics antaa tutkijoille mahdollisuuden käyttää valoa tarkasti aivojen hermosolujen aktiivisuuden kontrolloimiseksi.

Nyt Massachusetts Institute of Technologyn professori Boyden tunnustetaan hänen panoksestaan; hän on nimittänyt Grete Lundbeckin eurooppalainen aivotutkimusrahasto yhdeksi kuudesta "Brain Prize" -palkinnon saajasta, joka vuonna 2010 luotiin arvostettu 1 miljoonan euron palkinto, joka herätti ja palkitsee erinomaista aivojen tutkimusta.

Ed Boyden, Ph.D., on yksi uuden tutkimusvälineen keksijöistä nimeltä optogenetics, jonka avulla tutkijat voivat valvoa aivojen toimintaa valolla. Boyden uskoo, että optogenetics paljastaa, miten aivot toimivat normaalisti ja antavat tutkijoille mahdollisuuden tunnistaa uudet tavoitteet aivojen häiriöiden hoitoon.

Ed Boyden, Ph.D., on yksi uuden tutkimusvälineen keksijöistä nimeltä optogenetics, jonka avulla tutkijat voivat valvoa aivojen toimintaa valolla. Boyden uskoo, että optogenetics paljastaa, miten aivot toimivat normaalisti ja antavat tutkijoille mahdollisuuden tunnistaa uudet tavoitteet aivojen häiriöiden hoitoon.

Luottamus: Paula Aguilera

Tekniikka aivojen löytämiseksi

Siitä lähtien, kun hän aloitti jatko-opiskelijan Stanford Universityn syksyllä 1999, Boyden tiesi, että hän halusi soveltaa sähkötekniikan koulutusta aivojen ymmärtämiseen. Tänään hän muistelee monia myöhäisillan ideoita, joita hän jakoi opiskelijansa Karl Deisserothin kanssa - myös tämän vuoden Brain -palkinnon saajana - mahdollisista tavoista määrittää, miten aivosolut toimivat yhdessä.

Boyden ja Deisseroth tiesivät, että nykyiset tekniikat, kuten sähköinen stimulaatio, eivät leikkaisi sitä, kun ymmärsimme suurta kuvaa siitä, miten aivot toimivat.

Yhtäältä tutkijat eivät ymmärrä, onko aivojen sähkön hiljentäminen lisäänyt tai vähentänyt aivojen hermosolujen toimintaa.

Sitä paitsi sähköistä stimulaatiota ei voitu käyttää kohdennetun hermosolujen kohdentamiseen. Siksi, vaikka tutkijat ryntäsivät vain pienen aivojen alueen sähköisillä stimuloinnilla, he eivät pystyneet tunnistamaan, mistä monista neuronien tyypistä näillä alueilla aiheutti muutoksia.

"Yritimme työskennellä taaksepäin aivojen ymmärryksen tavoitteesta", Boyden sanoo. "Halusimme innostaa työkaluja, jotka saisivat meidät sinne."

Valon käyttäminen aivotutkimuksen välineenä

DNA-löytävän duo Watsonin ja Crickin Francis Crick ehdotti ensin ajatusta valon käyttämisestä aivotoiminnan ohjaamiseksi vuonna 1999.

Crick perusteli, että jos tietyt hermosolujen populaatiot voisivat pakottaa reagoimaan valoon, kun taas muut pysyivät immuuneina siihen, tutkijat voisivat tehokkaasti kohdistaa kohdennetut neuronit "päälle" tai "pois" valolla ja siten tunnistaa näiden neuronien vastaavat toiminnot.

Mutta oli tärkeä este, joka oli voitettava ensin: Tutkijat eivät vielä tienneet pakottamaan neuroneja vastatakseen valoon.

Mutta vuonna 2002 tutkija Gero Miesenböck osoitti, että jos pienen DNA-fragmentin hedelmäkärpästä työnnettiin nisäkkään neuroneihin, neuronit vastasivat valolle sähköisen aktiivisuutensa kanssa.

Boydenin uraauurtava kevyt kokeilu käytti vuonna 2004 Miesenböckin tekniikkaa - - mutta kiertyneenä. Sen sijaan, että Miesenböckin hedelmäperheperäinen proteiini lisättiin viljeltyihin neuroneihin ennen kuin hän pulssiisi valoa läpi, Boyden lisäsi proteiinin, joka tunnetaan nimellä channelrhodopsin-2 (ChR2).

Tämä johtuu siitä, että ChR2 tuki paljon nopeampaa ja tarkempaa neuronien hallintaa kuin Miesenböckin hedelmäperheperäinen proteiini. Saksalaiset tiedemiehet Ernst Bamberg, Peter Hegemann ja Georg Nagel eristivät ChR2: sta yhteisestä lampunkalasta.

Optogeneticin edut

Tämä uusi aivotutkimusmenetelmä, jota kutsutaan "optogenetikseksi", parantaa nykyisiä tekniikoita useilla kriittisillä tavoilla. Esimerkiksi tutkijat tietävät, että ChR2: ta ilmaisevat neuronit aktivoituvat valon sijaan äänettömästi. Näin he voivat sanoa varmuudella, että niiden havaitsemat vaikutukset liittyvät kohdennetun neuronien aktiivisuuden kasvuun.

Lisäksi, toisin kuin sähköinen stimulaatio, joka voi vahingoittaa manipulointia varten suunnattuja soluja, valolla itsellään on ilmeisesti harvoin, jos ollenkaan, negatiivisia vaikutuksia kohdennettuihin hermosoluihin ja ympäröivään kudokseen. Tärkeää on, että tutkijat voivat ilmaista proteiinia tietyissä neuroneissa vaikuttamatta toisiinsa, mikä helpottaa aivosolujen tiettyjen alaryhmien roolia.

Viimeaikaiset parannukset

Vuodesta 2004 lähtien Boyden ja Deisseroth ovat tunnistaneet proteiinit, joiden avulla voidaan aktivoida tai hiljentää kohdennettua hermopopulaatiota. Tämä eteneminen antaa tutkijoille mahdollisuuden valita kumpi lähestymistapa - joko aktivointi tai äänenvaimennus - on hyödyllisempi heidän tutkimuksensa keskittymiselle.

Kansallisen tiedesäätiön rahoituksella Boyden ja Deisseroth ovat myös kehittäneet optologisen tekniikan kehitystä, joka mahdollistaa hermosolujen tarkemman manipuloinnin kuin koskaan aikaisemmin.

Valovoima aivojen häiriöihin

Boydenin mukaan optogenetics ei vain heijasta sitä, miten terve aivo toimii, vaan antaa myös tietoa siitä, mitä tapahtuu, kun asiat menevät väärin.

"Optogenetics on tehokas työkalu, jota voimme käyttää aivojen häiriöihin osallistuvien aivoalueiden etsimiseen", Boyden sanoo. "Se voi auttaa meitä tunnistamaan potentiaaliset uudet tavoitteet lääkehoidolle tai syvälliselle aivojen stimulaatiolle."

Tämä voi olla erityisen kriittinen aivosairauksien, kuten autismin, posttraumaattisen stressihäiriön ja epilepsian suhteen, joita on vaikea tutkia, koska niiden taustalla olevat toimintahäiriöt liittyvät usein aivojen piireissä toimivien, eikä rakenteellisten ongelmien kanssa.

Mutta mitä Boyden näkee yhdeksi tärkeimmistä tekijöistä, kuten optogenetics, on se, että he poistavat joitain mysteeri ja pelko siitä, miten aivot toimivat.

"Yksi asia, kuten optogenetics tekee auttaa osoittamaan, että aivojen häiriöt ovat ymmärrettäviä ja usein hoidettavissa", sano Boyden. "Tämä menee pitkälle, kun ajattelemme psyykkisen sairauden ja psyykkisten sairauksien leimaamista."

Yhteistyö juhlii

Boyden on saanut useita tyydyttäviä tunnustuksia työstään viime vuosina. Lundbeckin säätiön palkinto on kuitenkin erityisen erikoinen hänelle, koska se juhlii yhteistyötutkimusta; hän jakaa sen Deisserothin kanssa samoin kuin muiden tutkijoiden kanssa - mukaan lukien Miesenböck, Bamberg, Hegemann ja Nagel - jotka auttoivat perustelemaan optogenetikselle.

"Toivoni on, että tämä rohkaisee enemmän moniammatillista tutkimusta ja tämän tyyppisen yhteistyön tunnettavuutta", Boyden sanoo.

Toimittajan huomautus: Behind the Scenesin artikkeleissa kuvattuja tutkijoita on tuettuKansallinen tiedesäätiö, liittovaltion virasto, jonka tehtävänä on rahoittaa perustutkimusta ja koulutusta kaikilla tieteen ja tekniikan aloilla. Tässä aineistossa esitetyt mielipiteet, havainnot, päätelmät tai suositukset ovat tekijän kirjoituksia eivätkä ne välttämättä kuvasta National Science Foundationin näkemyksiä. Katso Näkymätarkiston takana.


Video Täydentää: #116 TIETOTEKNIIKAN TULEVAISUUS.




FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com