Сможем ли мы когда-нибудь понять какофоническую болтовню между 80 миллионами нейронов нашего мозга?? Доктор. Офер Ижар и его группа в отделе нейробиологии Института Вейцмана сделали большой шаг в этом направлении, предложив новый метод исследования, который может предоставить ученым целенаправленный контроль над жизненно важными частями коммуникаций мозга.
Ижар работает в относительно новой области оптогенетики, в которой ученые используют генную инженерию и лазерный свет в тонких оптических волокнах для исследования живого мозга. С помощью этих инструментов ученые могут модулировать и контролировать деятельность нервных цепей в головном мозге и, таким образом, начинать распутывать сети связей и узлов в коммуникационных системах мозга.
Ижара особенно интересует связь на большом расстоянии между нервными клетками в разных областях мозга. "Координация между различными системами мозга жизненно важна для нормального функционирования мозга. Если мы сможем понять протяженные линии связи между клетками, которые находятся в разных областях мозга – некоторые из них довольно далеко друг от друга," говорит Ижар, "в будущем мы сможем понять изменения, происходящие в мозге при таких заболеваниях, как депрессия, тревога и шизофрения. Поскольку у нас нет понимания этих заболеваний на функциональном уровне, нам крайне не хватает хороших способов их лечения."
Оптогенетика включает вставку гена светочувствительного белка в нейроны с использованием модифицированного вируса. Затем эти нейроны активируются, когда свет фокусируется на них через тонкие оптические волокна. Ижар и его команда разработали метод, который позволяет им увеличивать масштаб определенной части сети мозга: "кабели связи" которые связывают весь мозг. Эти "кабели" аксоны – тонкие отростки нервных клеток, которые переносят электрические импульсы от центров клеток. Некоторые аксоны относительно короткие и связаны с соседними нейронами, но другие могут быть длинными, достигая отдаленных областей мозга.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Neuroscience, команда под руководством аспиранта Матиаса Мана показала, что оптогенетические методы могут использоваться для временного отключения этих дальнодействующих аксонов, что эффективно приводит к обратимому "Отключить" между двумя удаленными узлами мозга. Наблюдая за тем, что происходит при отключении важнейших соединений, исследователи смогли составить представление о роли аксонов во внутреннем диалоге мозга. Поскольку часто считается, что психические и неврологические заболевания являются результатом изменений в связях между мозгом на большие расстояния, эти исследования могут способствовать лучшему пониманию механизмов, лежащих в основе здоровья и болезней в головном мозге.
"Исследование привело нас к более глубокому пониманию уникальных свойств аксонов и синапсов, которые формируют связи между нейронами," говорит Ижар. "Нам удалось обнаружить реакцию аксонов на различные оптогенетические манипуляции. Понимание этих различий будет иметь решающее значение для раскрытия механизмов междугородного общения в мозгу."