Нейробиологи разработали способ наблюдать за работой мозга в реальном времени и с точностью до отдельных клеток. Правда, пока только на небольших аквариумных рыбках и охватывая 80% мозга.
То, что описывают исследователи на страницах Nature Methods, еще десять лет назад было фантастикой. Видеозаписи, которые представлены так же в Nature News, кажутся фантастикой или, на худой конец, компьютерной графикой с моделированием работы нервной системы. Но это не моделирование и не результат работы мастеров по спецэффектам - это реальная съемка. Мозга живой рыбки, в котором около ста тысяч нейронов и который сканируют специальным микроскопом для получения не плоского, а трехмерного изображения.
Микроскоп оснащен приставкой, которая формирует тонкий световой пучок, световую плоскость. Плоскость сканирует мозг, а камера последовательно снимает один слой за другим, так как мозг молодых рыбок данио рерио фактически прозрачен. Производительная камера и точная механика позволяют тратить на один проход сканера всего 1,3 секунды, так что видеоролик получается снятым если не в реальном времени, то, по крайней мере, с недоступным ранее временным разрешением. Подобные технологии активно развивались на протяжении нескольких десятилетий и вот результат - физиологи могут рассматривать мозг целиком и при этом видеть даже отдельные нейроны. "Мы видим всю картинку без потери качества" - говорит Филипп Келлер, специалист по микроскопии из института Говарда Хьюджаса в Вирджинии, США. Его коллега, нейробиолог Рафаэль Юст из университета Колумбии в Нью-Йорке, добавляет что "идея отследить работу каждого нейрона в мозге животного больше не кажется безумной".
Однако мало просто уметь снимать трехмерное кино с клеточным разрешением. Сами по себе клетки, которые в настоящий момент выдают нервные импульсы, ничем не отличаются от таких же нейронов в состоянии покоя. В распоряжении ученых, конечно, есть специальные красители, меняющие цвет в ответ на электрические сигналы, но пропитать ими живой мозг технически невозможно - а ведь на видео видны именно эффектные вспышки! Решить проблему помогли специалисты по генной инженерии, которые просто-напросто вставили в ДНК животных дополнительный ген синтеза красителя и добавили еще одну комбинацию генов, обеспечивающую этот синтез не во всех клетках подряд, а исключительно в нейронах.
Сами клетки синтезируют краситель, который флуоресцирует при прохождении через клетку нервного импульса. Благодаря чему ученые видят не просто нейроны, а нейроны активные - неоценимая возможность для детального исследования работы мозга. Видео с одного часового эксперимента, правда, занимает около терабайта и обработка результатов представляется отдельной сложной задачей - но тут уже вся надежда на прогресс в области компьютерных технологий. Который тоже не стоит на месте.
В какой цвет красим мышей?
Про специальные белки, которые можно генетической модификацией добавить в организм животных, можно рассказать отдельную историю. Хотите мышь, у которой развивающиеся нервные клетки помечены зеленым, а зрелые - красным? Или чтобы животное ничем не отличалось от обычного, а после начала эксперимента все новые нервные клетки начали бы помечаться специальными метками? Или вам надоело путаться в переплетении нервных клеток и их отростков? И их хорошо бы покрасить в разные цвета, чтобы каждая клетка была какого-то своего цвета? Может, надо сделать животное, нейроны которого реагируют на лазерное облучение, чтобы можно было стимулировать их светом, не мучаясь с подключением электродов? Все это уже давно перестало быть фантастикой; более того - в этом году за разработку таких специальных белков отмечен премией Президента России российский биохимик Дмитрий Чудаков.
http://detalimira.com/news/1365/ |
