Малоинвазивная оптогенетики техника, которая не требует мозговых имплантатов успешно манипулируют активность нейронов у мышей и обезьян, исследователи сообщают 29 апреля в журнале нейрон. Ученые впервые генетически модифицированные нейроны производить недавно разработанные, крайне светочувствительный белок под названием Душа. Затем они продемонстрировали, что это возможно, чтобы пролить свет через череп, чтобы изменить нейронные реакции в мозгу мыши, и через толстую мембрану называют твердую оболочку, чтобы достичь поверхностных областей мозга макаки.
«Этот новый инструмент позволит неврологи применять оптогенетика в экспериментах на животных при обеспечении, что мозг изучается минимально поврежден в ходе экспериментов», — говорит соавтор старший автор исследования Гопин Фэн Массачусетского технологического института (МТИ). «В частности, модели обезьяны имеют решающее значение для нашего понимания высокой когнитивной функции и дисфункции в заболеваниях мозга, таких как шизофрения и болезнь Альцгеймера, а также для разработки методов лечения для этих опустошительных заболеваний мозга.»
Оптогенетика-это метод, который предполагает использование света для включения или выключения нейроны, которые были генетически модифицированы, чтобы произвести свет-чувствительных белков, называемых опсины. Такой подход позволил нейрофизиологи изучить причинную роль различных типов нейронов в различных поведенческих и когнитивных процессов. Но один существенный недостаток заключается в том, что этот метод обычно требует имплантации оптических волокон, который может привести к повреждению мозга и воспалительный процесс и увеличить риск инфекции.
«До нашего исследования в нескольких исследованиях различными путями способствовали развитию методов оптогенетики стимуляции, что бы малоинвазивной мозга,» говорит Co-старший автор исследования Роберт Десимон из Массачусетского технологического института. «Однако, все эти исследования имели различные ограничения в масштабах регионов мозга, они смогли активировать. Одним из основных новизна нашего исследования заключается в том, что он является первым, чтобы продемонстрировать метод для активации любой области мозга мыши зависит от его местоположения с легкими из-за пределов черепа».
В новом исследовании, исследователи использовали светочувствительный белок душу, чтобы манипулировать активность нейронов в латеральном гипоталамусе-одном из самых глубоких областей мозга мыши. Они так и сделали, сияющий свет через оптические волокна, расположенные выше интактного черепа. Чтобы убедиться, что подход работает, они также контролируют нейронные реакции в этой области мозга с помощью электрофизиологических записей.
Доставка синий свет стимулирует нейроны и нарушается пищевое поведение, которое контролируется латерального гипоталамуса. Кроме того, оранжевый свет отключили нейроны и восстановила нормальное потребление пищи. Дальнейший анализ подтвердил, что такой подход не вызывает воспаление головного мозга или травмы.
Исследователям пришлось изменить свою технику в макак, которые намного толще черепа, чем мышей. Они доставили света через оптические волокна, размещенные за пределами твердой мозговой оболочки — толстую мембрану, изготовленную из плотной ткани, которая окружает мозг. Эти эксперименты показали, что душа может быть использована в обезьян, чтобы изменить нейронные реакции в коре — наружный слой нервной ткани в головном мозге. По мнению авторов, без предварительного исследования продемонстрировали метод оптогенетики с такой минимальной инвазивности в макак.
Удивительно, но техника была в состоянии индуцировать и разрушить потенциал поля колебания — ритмичное, Синхронное электрическую активность нейронов. До сих пор это было очень трудно манипулировать колебаний для изучения их причинную роль в функции мозга.
«Эти колебания, как полагают, очень важны для многих функций мозга, включая память, внимание, сон и принятия решений,» говорит Co-первый автор Диего Мендоса-Халлидея из Массачусетского технологического института. «Это было захватывающе, чтобы обнаружить, что наш новый опсин может быть использован как способ, чтобы включать и выключать эти мозговые волны на волю, так как это позволит нам лучше изучить роль этих волн в различных функциях мозга».
Двигаясь вперед, душа на основе оптогенетики открывает много новых направлений исследований. Например, такой подход может пролить свет на раннее развитие головного мозга, что особенно восприимчивы к серьезным повреждениям тканей, вызванное длительным волоконно-оптических имплантатов. Благодаря своей превосходной светочувствительностью, душа может использоваться для управления нейронные реакции в крупномасштабных нейронных цепей, участвующих в различных функциях мозга. Кроме того, душа остается активным в течение более чем 30 минут, что позволит ученым изучить долгосрочные поведение свободно движущихся животных, которые не ограничиваются оптическим волокнам.
Со своей стороны, исследователи будут работать над улучшением чувствительности души, чтобы они могли управлять нейрональной активности через толстые черепа крупных животных, чтобы достичь более глубоких областях мозга. Помимо выявления причины возникновения неврологических и психических заболеваний у животных, такой подход может в один день быть использованы для лечения этих нарушений в организме человека.
Хотя этот метод уменьшает травматичность и повреждения головного мозга, связанные с оптогенетикой, это все еще долгий путь от клинического перевода. «Прежде чем оптогенетика может считаться жизнеспособным вариантом лечения, возможных рисках такого лечения у пациентов должны быть тщательно оценены, особенно те, которые связаны с выражением опсин, чужеродного белка в мозге», — говорит Фэн.
История Источник:
Материалы предоставлены пресс-камере. Примечание: материалы могут быть отредактированы для стиля и длины.