Как работает мозг?
Слева: снимок мозга рыбы, сделанный с помощью оптической микроскопии. Справа: он же с использованием нового метода – функциональной оптоакустической томографии, оранжевым подсвечены активные нейроны. Фото: Helmholtz Zentrum MünchenИметь возможность наблюдать за тем, как миллионы нейронов взаимодействуют друг с другом — мечта любого нейробиолога. Новый метод, предложенный учеными из Мюнхенского центра Гельмгольца (Helmholtz Zentrum München ) и Мюнхенского технического университета (Technical University of Munich), впервые дал возможность воплотить эту мечту в жизнь. Специалисты смогли увидеть, как активируются нейронные цепи в мозге рыбы — в реальном времени и трех измерениях.
Для того, чтобы понять, как действуют многие функции мозга, недостаточно изучать работу отдельных нейронов. Нужно наблюдать за взаимодействием огромных групп этих клеток — как они передают сигналы внутри и вне групп. Обычно для этого использовалась оптическая микроскопия, но у этого метода есть большой минус — ограниченная глубина проникновения. Группа ученых под руководством профессора Даниэля Разански (Daniel Razansky) предложила новый неинвазивный способ исследования живых тканей на глубине до 1 см, в основе которого лежит оптоакустика. Один из авторов научной работы, Хосе Луис Деан-Бен (Xosé Luis Deán-Ben), пояснил: «Мы открыли, что оптоакустика может быть чувствительна к изменениям в концентрации ионов кальция, обусловленным активностью нейронов, и создали быстродействующее устройство для проведения функциональной оптоакустической томографии, которое может одновременно записывать сигналы огромного количества нейронов».
В ходе экспериментов с мозгом рыбы данио-рерио (Danio rerio) ученым действительно удалось впервые в реальном времени заснять, как работают нейроны, преодолев существовавший до этого барьер. Кроме того, новая техника позволила отследить нейронную активность живых особей в ходе естественного движения.
Оптическая микроскопия позволяет сделать снимок приблизительно кубического миллиметра мозга. Мозг взрослых рыб, за которыми наблюдали ученые, достигал объема примерно в 24 кубических миллиметра (2х3х4 мм), и с помощью новой техники группа профессора Разански смогла записать сигналы мозга каждой особи целиком. Исследователи заявили, что их метод позволяет анализировать область объемом до 1 тысячи кубических миллиметров со снятием сигнала через каждые 10 миллисекунд.
Возможность наблюдения за активностью нейронов крайне важна для понимания, как работает мозг в здоровом и больном состояниях. Даниэль Разански сравнил открытую им и его коллегами технику с социальными сетями — если раньше кто-то (в данном случае нервная клетка) мог передать сообщение только соседу лично — то сейчас информация распространяется со скоростью лесного пожара. Новый инструмент позволит разобраться в том, как работает мозг, в его патофизиологии, а также поможет разработать новые методы терапии неврологических и психиатрических расстройств.
Watching millions of neurons in the brain interacting with each other is the ultimate dream of neuroscientists. A new imaging method now makes it possible to observe the activation of large neural circuits, currently up to the size of a small-animal brain, in real time and three dimensions. Researchers at the Helmholtz Zentrum München and the Technical University of Munich have recently reported on their new findings in Nature’s journal Light: Science & Applications.
Иметь возможность наблюдать за тем, как миллионы нейронов взаимодействуют друг с другом — мечта любого нейробиолога. Новый метод, предложенный учеными из Мюнхенского центра Гельмгольца (Helmholtz Zentrum München ) и Мюнхенского технического университета (Technical University of Munich), впервые дал возможность воплотить эту мечту в жизнь. Специалисты смогли увидеть, как активируются нейронные цепи в мозге рыбы — в реальном времени и трех измерениях.
Для того, чтобы понять, как действуют многие функции мозга, недостаточно изучать работу отдельных нейронов. Нужно наблюдать за взаимодействием огромных групп этих клеток — как они передают сигналы внутри и вне групп. Обычно для этого использовалась оптическая микроскопия, но у этого метода есть большой минус — ограниченная глубина проникновения. Группа ученых под руководством профессора Даниэля Разански (Daniel Razansky) предложила новый неинвазивный способ исследования живых тканей на глубине до 1 см, в основе которого лежит оптоакустика. Один из авторов научной работы, Хосе Луис Деан-Бен (Xosé Luis Deán-Ben), пояснил: «Мы открыли, что оптоакустика может быть чувствительна к изменениям в концентрации ионов кальция, обусловленным активностью нейронов, и создали быстродействующее устройство для проведения функциональной оптоакустической томографии, которое может одновременно записывать сигналы огромного количества нейронов».
В ходе экспериментов с мозгом рыбы данио-рерио (Danio rerio) ученым действительно удалось впервые в реальном времени заснять, как работают нейроны, преодолев существовавший до этого барьер. Кроме того, новая техника позволила отследить нейронную активность живых особей в ходе естественного движения.
Оптическая микроскопия позволяет сделать снимок приблизительно кубического миллиметра мозга. Мозг взрослых рыб, за которыми наблюдали ученые, достигал объема примерно в 24 кубических миллиметра (2х3х4 мм), и с помощью новой техники группа профессора Разански смогла записать сигналы мозга каждой особи целиком. Исследователи заявили, что их метод позволяет анализировать область объемом до 1 тысячи кубических миллиметров со снятием сигнала через каждые 10 миллисекунд.
Возможность наблюдения за активностью нейронов крайне важна для понимания, как работает мозг в здоровом и больном состояниях. Даниэль Разански сравнил открытую им и его коллегами технику с социальными сетями — если раньше кто-то (в данном случае нервная клетка) мог передать сообщение только соседу лично — то сейчас информация распространяется со скоростью лесного пожара. Новый инструмент позволит разобраться в том, как работает мозг, в его патофизиологии, а также поможет разработать новые методы терапии неврологических и психиатрических расстройств.
Watching millions of neurons in the brain interacting with each other is the ultimate dream of neuroscientists. A new imaging method now makes it possible to observe the activation of large neural circuits, currently up to the size of a small-animal brain, in real time and three dimensions. Researchers at the Helmholtz Zentrum München and the Technical University of Munich have recently reported on their new findings in Nature’s journal Light: Science & Applications.
