Dwie nowe techniki zrewolucjonizują badania nad mózgiem

Dzięki przełomowemu podejściu powstał komputerowy model mózgu muszki owocowej, który pozwala dostrzec 40 milionów pojedynczych synaps. Dzięki przełomowemu podejściu powstał komputerowy model mózgu muszki owocowej, który pozwala dostrzec 40 milionów pojedynczych synaps. Co więcej, do jego stworzenia wystarczyły naukowcom zaledwie trzy dni. Dokładne mapy mózgu – człowieka, ale też innych organizmów – to aktualne od wielu lat marzenie neurobiologów. Pojedyncze neurony i połączenia między nimi można dostrzec z pomocą mikroskopu elektronowego, jednak opracowanie w ten sposób modelu mózgu nawet małej muszki owocowej oznaczało zawsze konieczność pracy przez wiele lat. Teraz, na łamach magazynu „Science”, naukowcy z University of California, Berkeley i Massachusetts Institute of Technology przedstawili tego typu model mózgu owada. Wykonali go zaledwie w trzy dni. Trójwymiarowa, komputerowa mapa nie ma aż tak wysokiej rozdzielczości, jak obrazy z mikroskopu elektronowego, ale w zupełności wystarczy, aby rozróżniać pojedyncze synapsy czyli połączenia między neuronami. Analizując je, naukowcy mogą np. oceniać siłę neuronalnych połączeń odpowiedzialnych m.in. za pamięć. #wieszwiecej Polub nas Nowatorskie metody badawcze Autorzy publikacji w „Science” zastosowali dwie nowoczesne techniki zaglądania w mikroświat – mikroskopię fluorescencyjną wysokiej rozdzielczości (tzw. lattice light–sheet microscope) oraz mikroskopię ekspansywną. W obu technikach do białek w tkance dołącza się fluorescencyjne znaczniki. Mikroskopia „light sheet” wykorzystuje przy tym silnie skoncentrowane wiązki światła do tworzenia trójwymiarowych obrazów składanych z kolejnych, bardzo cienkich warstw. Tymczasem w mikroskopii ekspansywnej badaną tkankę wypełnia się specjalnym żelem. Następnie wypłukuje się białka pozostawiając w ich miejscach tylko fluorescencyjne markery. Następnie zmienia się stężenie soli w żelu, co powoduje wielokrotne zwiększenie jego objętości. Tkanka staje się więc wielokrotnie większa, co pozwala na jej badanie bez pomocy mikroskopu elektronowego. – Można spędzić całe lata nad uzyskaniem obrazu mózgu muszki owocowej z mikroskopu elektronowego – mówi Eric Betzig, wynalazca mikroskopii „light–sheet”, który za swoje dokonanie w 2014 roku otrzymał Nagrodę Nobla. – Myślę, że będziemy w stanie stworzyć 10 map mózgów much w ciągu jednego dnia – dodaje noblista. Niespotykana wcześniej sprawność tworzenia tego rodzaju modeli pozwoli szukać odpowiedzi na różne ważne pytania, np. o to jak różnią się mózgi samic i samców czy poszczególnych osobników. Poznamy nowe możliwości ludzkiego mózgu? To nie wszystko. Badacze wypróbowali już swoją technikę na fragmencie kory mózgowej myszy o grubości 1 mm. Analiza ludzkiego mózgu, który ma ok. 80 mld neuronów, a każdy z nich tworzy średnio 7 tys. synaps, będzie naturalnie dużo większym wyzwaniem. Jednak zdaniem prof. Betziga wykorzystana metoda może z czasem pozwolić również na badanie ludzkiego mózgu nawet z dokładnością, jaką oferuje mikroskopia elektronowa. Możliwe ma być również obrazowanie błon komórek nerwowych i innych komórek, ich wewnętrznych struktur oraz innych elementów tkanek. – Przekroczyliśmy ważny próg w wydajności tworzenia obrazów mikroskopowych. To dlatego jesteśmy tak podekscytowani. Nie skanujemy po prostu kolejnych fragmentów mózgu, lecz całe mózgi – podkreśla twórca mikroskopii ekspansywnej Edward Boyden z Massachusetts Institute of Technology.