Исследователи в Университете Джона Хопкинса медицины успешно используется лазерный инструмент визуализации, чтобы «видеть», что происходит в клетках мозга мышей обучения, чтобы протянуть руку и схватить лепешки питания. Их эксперименты, мол, добавить в доказательство того, что такие мотор-ориентированного обучения может происходить в нескольких областях мозга, даже те, которые обычно не связаны с моторным контролем.
«Ученые должны смотреть на весь мозг, чтобы понять конкретные виды обучения,» говорит Richard Huganir, к. т. н., Блумберг заслуженный профессор и директор Фонда Соломона Департамент нейробиологии Снайдера в Университете Джонса Хопкинса Школе медицины. «Различные части мозга, способствуют обучению по-разному, и изучение мозга клеточными рецепторами смогут помочь нам разобраться, как это работает.»
Работы, говорят исследователи, в конечном итоге может информировать усилия по разработке процедур для обучения и нейрокогнитивные расстройства.
В отчете о работе, появляясь онлайн декабря. 31 в нейрон, Huganir и его исследовательской группы говорят, что они сосредоточены на АМПА-типа глутаматных рецепторов, или AMPA-рецепторов, ключевые молекулы, которые помогают передавать сообщения между клеток головного мозга-нейронов. AMPA-рецепторы функционируют как антенны, которые образуют вдоль поверхности определенную точку на нейронами под названием синапс, где он получает молекулярные сигналы от других нейронов.
Для мониторинга и измерения уровня Ампара в мозг мыши, ученые и раньше приходилось препарировать органа до и после обучающего эксперимента и сравнить различия. Теперь ученые имеют возможности напрямую посмотреть мозге во время обучения, записывая тысячи синапсов одновременно.
В новых экспериментах ученые вводили ДНК-кодирования AMPA-рецепторы, несущие флуоресцентную метку в мозг мышей, и используется электрический импульс, чтобы получить нейроны поглощают Ампар ДНК. Далее, с помощью инструмента, называемого двухфотонного микроскопии, ученые использовали лазер-по сути это сильно сфокусированный луч света-для обнаружения и измерения флуоресценции ближайшие с тегами AMPA-рецепторов.
Больше флуоресценции является показателем повышенной активности Ампар и обмена сообщениями между нейронами, хороший признак того, что опыта и памяти имеет место в тех нейронов, Huganir говорит.
Чтобы «увидеть», что обучение похоже на подопытных животных’ нейронов, команда обученных Huganir мыши, чтобы достигнуть и захватить еду лепешки расположен всего за пределами своей клетки через их лапы. Как правило, мышей гранулы с их уст.
В то время как мыши были учить как добраться на лепешки, ученые нашли около 20% увеличить активность AMPA-рецепторов в той части мозга, известной как моторной коры, которая, как известно, для контроля и точного перемещения мышц. На невронах, AMPA-рецепторы выглядят, как огни на новогодней елке и светиться ярче с нарастающей активностью.
Но опыты также показали одинаковое увеличение уровней активности Ампара в зрительной коре тоже.
«Это имело смысл, потому что зрение очень важно для управления двигателями», — говорит Ричард Рот, доктор философии, в настоящее время научный сотрудник в Стэнфордском университете, но были проведены эксперименты для исследования в качестве аспиранта в лаборатории Huganir по.
«Итак, мы провели аналогичный эксперимент еще раз, но с включенным светом», — говорит Рот.
Используя инфракрасный свет, который мышей не видел, мыши в конце концов научился успешно захватить еду, но там был меньший рост (10%) на активность AMPA-рецепторов в зрительной коре.
«Мы считаем, что мыши мозг с помощью различных наборов сенсорные сигналы в темноте, чтобы узнать двигательных задач, в том числе осязания и обоняния, чтобы эти другие чувства, чтобы завладеть», — говорит Рот.
Далее, исследователи повторили эксперименты с использованием специализированных свет-активированный модуляторы для выключения нейронов в двигательной или зрительной коры.
Если мыши были обучены, чтобы получить лепешку с Свет в комнате, мышей не может выполнить задачу, если их зрительной коры была закрыта. «Очевидно, что эти мыши опирался на обучение централизованное в зрительной коре, чтобы достичь лепешки», — говорит Рот.
Однако, мышей изначально обучены, чтобы схватить лепешки в темноте все еще может выполнить задачу, даже если их зрительной коры была закрыта.
«Мы традиционно думали, что мотор-ориентированного обучения происходит исключительно в моторной части мозга, но наши и другие исследования теперь показывают, что это не так специфично, как мы думали. Тут больше эффект brainwide в обучение», — говорит Рот.
Huganir отмечает, что среди генов, которые контролируют нейрональных рецепторов, вовлеченных в обучение SYNGAP. Его и исследований других ученых показали, что, когда ген мутирует, он способствует условия, в том числе умственная отсталость, аутизм и шизофрения-все условия, отмеченные в части нарушено мышление и обучение.