211service.com
Informācijas plūsmas izsekošana smadzenēs
MIT zinātnieki ir izstrādājuši nano izmēra kalcija sensoru, kas galu galā var izgaismot sarežģītos šūnu-šūnu sakarus, kas veido cilvēka domas. Alans Jasanofs un viņa komanda Francis Bitter Magnet Lab un McGovern Smadzeņu pētniecības institūtā ir atklājuši, ka kalcija, galvenā smadzeņu vēstneša, izsekošana var būt precīzāks veids, kā izmērīt neirālo aktivitāti, salīdzinot ar pašreizējām attēlveidošanas metodēm, piemēram, tradicionālo funkcionālo magnētisko. rezonanses attēlveidošana (fMRI).
Kad neirons aizdegas, tas atbrīvo kalciju. Alans Jasanoffs no Makgovernas institūta MIT izmantoja šo novērojumu, lai izstrādātu jaunu veidu, kā vizualizēt smadzeņu darbību, izmantojot fMRI. Superparamagnētiskās nanodaļiņas (šeit ilustrētas) ir pārklātas ar proteīniem (sarkanu un zaļu), kas agregējas, kad neirons atbrīvo kalciju. Šo daļiņu agregāciju var noteikt ar MRI magnētu.
FMRI izmanto spēcīgus magnētus, lai noteiktu asins plūsmu smadzenēs, ļaujot pētniekiem vērot cilvēka smadzeņu darbību. Izmantojot ātru momentuzņēmumu sēriju, zinātnieki var novērot cilvēka smadzeņu galvenos apgabalus, kas iedegas, reaģējot uz noteiktu uzdevumu vai komandu. Tehnoloģija ir izmantota, lai precīzi noteiktu smadzeņu apgabalus, kas saistīti ar visu, sākot no pamata motoriskajām un verbālajām prasmēm līdz tumšākiem kognitīviem stāvokļiem, piemēram, greizsirdībai, maldināšanai un morālei.
Diemžēl fMRI, kā to izmanto mūsdienās, ir liels trūkums: tā mēra asins plūsmu jeb hemodinamiku, kas ir netiešs nervu šūnu aktivitātes rādītājs. Izrādās, hemodinamika pamatā ievieš piecu sekunžu aizkavēšanos, saka Jasanoff. Tas neļauj jums noteikt straujas [neironu aktivitātes] izmaiņas.
Tā kā neironi parasti uzliesmo milisekundēs, pašreizējās fMRI metodes sniedz tikai aptuvenu novērtējumu par to, ko smadzenes dara konkrētā brīdī. FMRI skenēšanai ir arī salīdzinoši zema telpiskā izšķirtspēja, mērot aktivitāti 100 mikronu apgabalos, kas parasti satur 10 000 neironu, katrs ar dažādiem aktivizācijas modeļiem.
Centieni precizēt fMRI ir vērsti uz spēcīgāku magnētu izstrādi un labāku izpratni par asins plūsmu un tās saistību ar smadzeņu darbību.
Bet Jasanoff uzskata, ka ir labāks, precīzāks veids, kā izsekot neironu aktivitātei. Viņš un viņa komanda raugās uz kalciju kā tiešu neironu šaušanas mēru. Kad neirons nosūta elektrisku impulsu citam neironam, neirona membrānā uzreiz atveras kalcijam specifiski kanāli, ļaujot kalcijam ieplūst šūnā. Tā ir ļoti dramatiska signāla maiņa, saka Jasanoff.
Fluorescējošie kalcija sensori jau tiek izmantoti virspusējā optiskā attēlveidošanā, taču tie vēl nav piemēroti dziļākiem smadzeņu audiem, kas ir pieejami, izmantojot fMRI iekārtu jaudīgos magnētus. Šajā nolūkā Jasanoff laboratorija izstrādāja kalcija sensoru, kas būtu nosakāms, izmantojot fMRI. Lai to izdarītu, viņi apvienoja sensoru ar superparamagnētisku dzelzs oksīda nanodaļiņu - būtībā molekulāra izmēra magnētu, ko fMRI var uztvert kā augsta kontrasta attēlus.
Pats sensors sastāv no divām atsevišķām nanodaļiņām, no kurām katra ir pārklāta ar atšķirīgu proteīnu: kalmodulīnu un M13. Kalcija klātbūtnē šie divi proteīni saistās kopā. Būtībā… mēs izveidojām divus Velcro bumbiņu komplektus, saka Jasanoff. Vienam ir āķi, bet citam ir cilpas, un tie kļūst par Velcro bumbiņām tikai kalcija klātbūtnē. Olbaltumvielas sadalās, kad kalcijs pazūd, un šī īpašība var būt noderīga, lai interpretētu elektriskās aktivitātes plūsmu neironu ķēdē noteiktā uzdevuma laikā, kas nav iespējams ar mūsdienu fMRI.
Jasanofa pētījumi ir tikai pirmais solis ceļā uz šo mērķi. Līdz šim viņš ir pārbaudījis sensoru mēģenes šķīdumos ar kalciju un bez tā, skenējot mijiedarbību ar MRI. Sākotnējie rezultāti, kas publicēti nesenā izdevumā Proceedings of the National Academies of Sciences, ir daudzsološi: skenēšana spēja uzņemt augsta kontrasta attēlus ar Velcro līdzīgām bumbiņām, kas sagrupējušās kalcija klātbūtnē. Lai gan attēli bija redzami tikai pēc daudzām sekundēm vai pat minūtēm, Jasanoff saka, ka sensors ir ļoti pielāgojams, un viņš plāno uzlabot tā laika reakciju turpmākajos izmēģinājumos. Pagaidām viņš plāno injicēt kalcija sensorus atsevišķās mušu un galu galā arī žurku šūnās.
No malas novērotājiem patīk Gregs Sorensens Hārvardas Medicīnas skolas darbinieki ir piesardzīgi optimistiski par šo jauno smadzeņu attēlveidošanas paaudzi, īpaši cilvēkiem. Sorensens, radioloģijas asociētais profesors, koncentrējas uz jaunu attēlveidošanas metožu pielietošanu neiroloģisko slimību ārstēšanā.
Sorensens saka, ka intracelulārajām dzelzs oksīda daļiņām dažos pētījumos ir bijis nelabvēlīgs drošības profils cilvēkiem. Ja mēs uzzinājām, ka šai metodei ir daži riski, bet apmaiņā varētu noteikt labāko, piemēram, šizofrēnijas ārstēšanu, risks var būt ieguvuma vērts.