Для того чтобы понимать, как именно мозг воспринимает внешний мир, учёным необходимо заполучить возможность наблюдения за активностью нейронов в режиме реального времени в процессе этого самого восприятия.
Японские исследователи решили эту задачу на примере классического модельного организма – рыбки данио (Danio rerio). Благодаря своей прозрачности её эмбрионы и личинки как нельзя лучше подходят для визуализации нейронной активности мозга. К тому же они неприхотливы и быстро размножаются.
Перед учёными на протяжении многих лет стояла серьёзная проблема. Дело в том, что в объективе обычного оптического микроскопа и активные, и неактивные нейроны выглядят примерно одинаково. Поэтому исследователи разработали ряд индикаторов (веществ, которые в особых условиях меняют свой цвет) и красителей. Когда активен определённый тип нервных клеток, они начинают светиться. То есть, например, когда нейрон активируется, то он "наполняется" ионами кальция, которые связываются с определёнными красителями, заставляя их испускать свечение какого-то цвета.
Однако применение красящих веществ имеет свои недостатки. И главный из них – необходимость фиксирования животного, что резко ограничивает круг выполняемых задач.
Для решения этой проблемы Дзюнити Накаи (Junichi Nakai) и его коллеги из университета Сайтамы обратились к генетическому светящемуся маркеру – зелёному флуоресцентному белку (GFP) − и связали его с веществом, которое светится в присутствии большого количества ионов кальция. Затем учёные внедрили в геном данио код, который кодирует этот маркер, привязав его к белку, характерному только для нервных клеток.
В итоге при активации нейронов исследователи видели яркое их свечение без использования дополнительных красителей. Сигнал был настолько явным, что не было никакой необходимости фиксировать мальков в процессе исследования их мозговой активности.
Так о чём же думают рыбы? Как выяснили учёные, прежде всего о еде. Именно на охотничьем поведении данио генные инженеры и решили испытать своё творение. С этой целью к личинкам рыбок подсадили одноклеточных организмов – парамеций (Paramecium).
Используя специально разработанный метод формирования изображения, исследователи проследили связь между движением парамеций, поведением данио и активацией группы нейронов в соответствующей области мозга рыбки (крыше среднего мозга). Последняя, по предположению учёных, у большинства животных ответственна за координацию движений глаз и реакции организма на объекты, находящиеся в поле их зрения.
В статье, вышедшей в журнале Current Biology, исследователи сообщают, что активизация нервных клеток личинки происходила в тандеме с движениями одноклеточного: яркие вспышки нейронной активности наблюдались при резких движениях парамеций. В результате исследователи в режиме реального времени наблюдали, что происходит с мозгом существа, когда рыбка увидела добычу, "спланировала" атаку и схватила жертву.
Мозг данио весьма схож с мозгом млекопитающих, в том числе и человека. Это обстоятельство позволяет предполагать огромную значимость открытия японских генных инженеров для медицины. Исследователи надеются, что их метод через какое-то время поможет досконально разобраться и с реакциями человеческого мозга на различные раздражители.
