Разработано средство отслеживания и контроля нейронной активности

Антон Тальский – 11 декабря 2020

Ученые из Стенфордского университета создали средство, с помощью которого удастся лучше понять, как наш мозг обрабатывает информацию и участвует в процессе запоминания. FLiCRE — именно так называется разработанный механизм — может быть введен в любую клетку и выполнять внутри нее целый ряд задач, включая маркирование, запись и контролирование функций нервных клеток.

Ученые отметили, что необходимость их изобретения выросла из центрального для нейронаук вопроса: как мы можем найти ту систему нейронов, что лежит в основе наших когнитивных и познавательных функций, в основе нашей способности мыслить?

Согласно исследованию, вышедшему в журнале Cell, ученые уже использовали новую технологию в рамках лабораторного опыта: FLiCRE смог записать нейронную активность лабораторных мышей, когда те проявляли уклончивое поведение. Соотнеся записи, сделанные FLiCRE с результатами секвенирования РНК мышей, удалось установить, что активные в тот момент нейроны мышей принадлежат к одному и тому же типу клеток. Без FLiCRE эта информация была бы недоступна. На следующий день после этого опыта ученые использовали новое средство в сочетании с опсином — светочувствительным белком-рецептором, с помощью которого можно контролировать активность нейронов при помощи света. Так удалось добиться реактивации той же группы нейронов, что была выявлена у мышей как ответственная за уклончивое поведение, и добиться того, чтобы мыши избегали входа в определенное помещение. Оба опыта проходили в рамках исследования участка мозга, называемого прилежащим ядром — этот участок играет важнейшую роль в психических заболеваниях у людей, таких как депрессия.

Сам FLiCRE состоит из двух цепочек молекулярных компонентов, которые способны реагировать на наличие синего света и кальция. Светочувствительность этих составляющих позволяет ученым с огромной точностью контролировать время наблюдений за клетками, а кальций служит в качестве индикатора их активности. Чтобы ввести FLiCRE в клетку ученые «запаковывают» его внутрь безвредного для организма вируса. После ввода одна часть FLiCRE прикрепляется к мембране клетки и задействует свой белок, который может входить внутрь ядра клетки и запускать экспрессию того гена, который был выбран учеными. Другая часть средства ответственна за высвобождение белка при определенных обстоятельствах — например, в том случае, если концентрация кальция оказывается очень высокой и клетка оказывается целиком покрыта синим светом. Также FLiCRE обладает специальном механизмом маркирования активности нервных клеток. Сам процесс маркирования занимает считанные минуты. Благодаря этому ученые могут получить доступ одновременно к тысячам клеток.

Ученые возлагают большие надежды на свою технологию. Серия экспериментов с ее применением показала, что она эффективна, точна и функциональна. На данный момент исследователи разрабатывают дополнительные версии FLiCRE, которые будут подходить для изучения различных биохимических процессов, таких как взаимодействие белков или работа нейротрансмиттеров.

фото: CC0 Public Domain