Primele imagini despre cum vede creierul

Pentru prima dată, au fost surprinse imagini ale neuronilor (neuronilor) din cortexul vizual pentru a observa modul în care informațiile vizuale complexe sunt procesate de ansamblurile celulare. Acest lucru ar putea ajuta cercetătorii să studieze dezvoltarea creierului și așa-numitele boli neurodegenerative.

Cercetătorii de la Harvard Medical School au dezvoltat o nouă tehnică microscopică care poate fi utilizată pentru a vizualiza funcția ansamblurilor de celule nervoase în timpul procesării informațiilor vizuale. "Pentru a o spune simplu, această tehnică ne oferă o perspectivă asupra modului în care creierul o vede. Această metodă este o abordare complet nouă a examinării funcției creierului", explică neurobiologul Clay Reid, șef de cercetare.

Reid și colab. A vrut o imagine cu rezoluție mai mare (mai detaliată) a modului în care sunt organizați neuronii din cortexul vizual. Pentru a face acest lucru, echipa de cercetare a folosit o metodă relativ nouă în care celulele nervoase de pisică și șobolan au fost etichetate cu un colorant care strălucește puternic atunci când nivelurile de calciu din celule cresc. Acesta este un semn că celulele sunt active („tragere”), adică se generează o serie de potențiale de acțiune. Celulele au fost apoi iluminate cu un fascicul laser cu energie ridicată și au fost imaginate cu un microscop extrem de sensibil pe măsură ce se aprindeau ca pete luminoase și apoi se întunecară din nou. Între timp, animalelor li s-au arătat dungi alb-negru care se deplasau în sus și în jos, și la dreapta și la stânga pe ecranul unui computer, iar apoi răspunsurile celulelor la diferiți stimuli au fost înregistrate pe o perioadă de timp.

Cortexul vizual este zona creierului responsabilă de procesarea stimulilor din ochi. Această zonă a fost mult timp studiată, inclusiv de biologi renumiți, precum laureatul Nobel David Hubel și Torsten Wiesel. Experimentele lor au arătat cum neuronii din cortexul vizual răspund la diferiți stimuli vizuali: unii trag numai atunci când prezintă linii verticale animalului, unii răspund doar la liniile orizontale, iar alții sunt sensibili în mod specific la mișcarea spre dreapta sau spre stânga (o singură celulă) studii).). Cu toate acestea, până acum s-a așteptat o înțelegere mai aprofundată a modului în care neuronii individuali coordonează procesarea unei imagini complexe. Un motiv pentru aceasta este că tehnicile utilizate până acum în studiul rețelelor neuronale au reușit să capteze activitatea unui număr mic de celule la un moment dat, iar imaginile care reprezintă o masă mai mare de celule au rămas prea neclare.

În ultimii ani, diferite grupuri de cercetare au încercat să dezvolte cele mai perfecte metode posibile pentru a face neuronii vizibili în timpul activității. Grupul de la München, condus de Arthur Konnerth, de exemplu, a dezvoltat recent o metodă de colorare a celulelor corticale cu molecule sensibile la calciu. Cercetătorii de la Universitatea de Medicină Harvard și-au folosit rezultatele în experimentul lor actual.

Potrivit neurobiologului David Fitzpatrick (Universitatea Duke), „capacitatea de a putea vedea ce fac celulele individuale care alcătuiesc rețeaua atunci când cortexul vizual rezolvă o anumită sarcină deschide noi căi pentru cercetarea bazei neuronale a percepției vizuale combinarea materialelor pentru etichetarea diferitelor tipuri de neuroni cu metoda imagistică cu calciu va permite detectarea „circuitelor” neuronale din cortexul vizual responsabil de diferite funcții vizuale, o metodă care va fi utilizată cu siguranță în alte zone ale cortexului cerebral, precum funcții motorii sau sunt responsabili de procese cognitive superioare. "

Prin obținerea unei imagini mai exacte a cortexului vizual, s-a dezvăluit, de asemenea, că organizarea celulelor creierului era destul de ordonată și precisă, ceea ce era oarecum neașteptat. În cortexul vizual al pisicilor, de exemplu, neuronii care îndeplinesc aceeași funcție (de exemplu, sunt sensibili la mișcare într-o anumită direcție) sunt mult mai strâns legați între ei decât se credea anterior. În imaginile pe care tocmai le-am făcut, putem vedea grupuri distincte de neuroni separați de limite înguste unul în celălalt în interiorul cortexului cerebral. "Dacă am avea ocazia să ne uităm la fiecare neuron în mod individual, nu am găsi niciodată unul care să nu fie deplasat", a explicat Reid. Rezultatul i-a surprins pe cercetători, întrucât distribuția precisă și funcțională a neuronilor felini în cortex pare să fie mult mai organizată decât s-ar putea aștepta din modelul actual care descrie funcția cortexului vizual.

S-a constatat că, în timp ce corpurile celulare ale neuronilor activi în prezent sunt situate aproape împreună într-un cluster, dendritele celulelor (extensiile neuronului care primesc semnalele primite) formează o rețea diversificată în zona înconjurătoare, mai largă. O microstructură complet diferită a fost descrisă pentru șobolani. Aici, neuronii care răspund la stimuli diferiți nu sunt separați unul de altul, ci sunt amestecați, neregulați unul lângă celălalt în cortex. Deci, se pare că aceeași problemă poate fi rezolvată în mai multe moduri.

Studierea structurii celulelor responsabile de vedere poate duce, de asemenea, la o înțelegere mai aprofundată a altor funcții ale creierului - mișcare, gândire, învățare. Acest lucru, la rândul său, ar putea deschide calea pentru tratamentul bolilor neurodegenerative, cum ar fi Alzheimer, Huntington și Parkinson, deoarece ar putea fi dezvăluită baza celulară a simptomelor observate în boli.