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Los científicos observan actividad de cerebro en tiempo real

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Las nuevas herramientas para permitir a investigadores observan actividades de cerebro rápidamente y sensible.

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Dos científicos de Stanford han trabajado juntos para crear las herramientas para observar los nervios en tiempo real mientras que envían las señales a una otras.

La observación de los rastros que brillan intensamente de la luz el separarse entre los nervios conectados ayudará a científicos a entender cómo esas señales individuales agregan para arriba a la colección compleja de los pensamientos y de las memorias de una persona.

“Usted quiere saber qué neuronas están encendiendo, ligan juntas y cómo representan la información,” dijeron a Michael Lin, MD, PhD, profesor adjunto de la pediatría y de la bioingeniería. “Una buena punta de prueba a hacer que ha estado en la lista de objetivos por décadas.”

Lin y la marca Schnitzer, PhD, profesor adjunto de la biología y de la física aplicada, desarrollaron dos diversos acercamientos para permitir que los neurólogos lean actividad de cerebro más rápidamente y sensible. Sus trabajos de investigación en este asunto ambos fueron publicados el 22 de abril. Lin aparecido en neurología de la naturaleza, y Schnitzer aparecido en comunicaciones de la naturaleza.

Haciendo pensamientos enciéndase para arriba

Las invenciones del grupo de investigación de cada científico tienen mucho en campo común. Ambos implican las proteínas que se encienden para arriba mientras que una corriente eléctrica barre abajo de los tendrils largos que ligan los nervios juntos. ¿Los científicos pueden insertar estas proteínas en un grupo específico de neuronas que quieran estudiar? ¿diga, las células en la parte del cerebro implicado en memoria, o las células que inhiben específicamente otras neuronas de la leña? y entonces mire esas células como comunican en tiempo real.

Con estas herramientas que los científicos pueden estudiar cómo aprendemos, recuerdan, navegan o cualquier otra actividad que requiera redes de los nervios que trabajan junta. Las herramientas pueden también ayudar a científicos a entender qué sucede cuando esos procesos no trabajan correctamente, como en las enfermedades de Alzheimer o de Parkinson, u otros desordenes del cerebro.

Las proteínas se podían también insertar en neuronas en un plato del laboratorio. Los científicos que desarrollaban las drogas, por ejemplo, podrían exponer los nervios humanos en un plato a una droga y el reloj en el tiempo real para ver si la droga cambia la manera el nervio enciende. Si esas neuronas en el plato representan una enfermedad, como Parkinson, un científico podría buscar las drogas que hacen esas células encender más normalmente.

Para más que una década, los neurólogos han mirado un poder de encender de los nervios. Cada vez que un nervio envía una señal, el calcio inunda en la célula y después se bombea se retira en anticipación de la señal siguiente. De hecho, Schnitzer desarrolló una cámara miniatura que él ha estado utilizando para mirar con fijeza en los cerebros de ratones para registrar estas ondas del calcio. Su laboratorio se ha centrado en estudiar la región del cerebro implicado en el aprendizaje y la memoria.

Pero qué Schnitzer ve a través su cámara minúscula no es la actividad real del nervio. ¿Él ha estado mirando las sombras, y como sombras son un buen poder? pero sus formas no son siempre realistas. El calcio permanece en la neurona de largo después de que una señal haya barrido más allá, y puede enmascarar una segunda señal como él destella cerca. También, una señal eléctrica no accionará a veces bastante calcio para incorporar una célula para que la proteína se encienda para arriba.

La “detección del calcio es escasa para una comprensión completa qué está sucediendo,” de Schnitzer dijo. “Hay también muchos tipos neuronales de la célula que no son bienes estudiado con las puntas de prueba del calcio.”

Frustrado con el estado de las herramientas para mirar los nervios fuego, Lin y Schnitzer aplicados en común para y recibidos una concesión de la semilla de Stanford Bio-x para desarrollar uno. Estas concesiones apoyan los proyectos de riesgo elevado que reúnen conocimientos técnicos de la ingeniería y de la biología para solucionar problemas en el campo.

Separe los acercamientos

Aunque los dos laboratorios tuvieran la misma meta y terminado encima de convertirse sonda con calidades similares, tomaron acercamientos muy diversos.

El laboratorio de Lin se centra en las proteínas de la ingeniería que se pueden utilizar como herramientas para estudiar aspectos de cómo funciona la célula. Lin y el erudito postdoctoral Francois St-Pedro, PhD, tenían una idea para generar una proteína que se encendería para arriba en respuesta a un cambio en voltaje, tal como qué sucede cuando un nervio envía una señal.

Otros científicos trabajaban en el mismo problema, pero no podían crear una proteína que respondió rápidamente y fuertemente a un cambio en voltaje. Mirando la estructura de diversas proteínas de voltaje-detección, St-Pedro pensó que él podría generar una mejor señal poniendo el elemento fluorescente en el medio de una proteína de voltaje-detección.

A pesar de algunas preocupaciones que un elemento fluorescente grande en el medio de la proteína pudiera interrumpir su función, la combinación trabajó. ¿Él y Lin nombraron su punta de prueba CUANTO ANTES? siglas para una descripción científica de la proteína así como una descripción de la luz rápida de la proteína. St-Pedro era autor importante del papel de la neurología de la naturaleza.

Como St-Pedro, el gongo postdoctoral de Yiyang del erudito, PhD, en el laboratorio de Schnitzer reconocido la necesidad de una proteína de voltaje-detección, pero del él tomó la inspiración de un diverso acercamiento. Él había leído sobre trabajo por los científicos que intentaban, sin mucho éxito, detectar voltaje ocupándose vanamente con las proteínas bacterianas llamadas los rhodopsins. El gongo hizo modificaciones significativas a ese acercamiento y, como St-Pedro, terminó para arriba con una proteína que encajará en la luz de la membrana y del producto de la nervio-célula cuando el nervio enciende. El gongo era autor importante del papel de las comunicaciones de la naturaleza.

“Las dos puntas de prueba tienen realmente funcionamiento similar, que es una coincidencia porque llegamos él de direcciones muy diversas,” Lin dijeron.

Ambos equipos de investigación demuestran que sus proteínas trabajan en neuronas en un plato del laboratorio. El gongo también insertó su proteína en un grupo de neuronas (llamadas las neuronas de Purkinje) en ratones vivos y podía registrar la luz que destellaba de la proteína como esos nervios enviados las señales. Él podía ver el fuego de esos nervios a través de una ventana de cristal minúscula en el cerebro del ratón, pero los científicos dicen que podrían utilizar una cámara como el un Schnitzer desarrollado para observar partes más profundas del cerebro.

Los científicos dicen que ven sus puntas de prueba como punto de partida. Esperan continuar refinando las proteínas para tener características que se optimicen para diversos tipos de la célula o para producir diversos colores de la luz.

“Pienso que habrá los usos emocionantes permitidos por qué hemos desarrollado,” Schnitzer dijo.

Mientras que continuaban mejorando sus sensores del voltaje, los dos equipos también consiguieron la financiación común con una Bio-x concesión de Neuroventures, ahora asociada al instituto de las neurologías de Stanford, para desarrollar una manera nueva de actividad de los nervios de la proyección de imagen profunda en el cerebro. Ese trabajo agregará una más herramienta para entender cómo el arsenal complejo de conexiones del cerebro nos hace que seamos.

Otros co-autores de Stanford del papel del equipo de Schnitzer eran marca Wagner, estudiante de tercer ciclo, y Jin Zhong Li, PhD, director de la virología molecular. Otros co-autores de Stanford del papel del equipo de Lin eran estudiante de tercer ciclo Jesse Marshall y erudito postdoctoral Ying Yang, PhD.

El estudio de Schnitzer fue financiado por el Defense Advanced Research Projects Agency, la Stanford que agrietaba el programa de los nervios del código, Stanford Bio-x, los institutos nacionales del entrenamiento Grant del graduado de la neurología de Salud-Stanford y los futuros nacionales de Keck de las academias preliminares.

El estudio de Lin fue financiado por el National Science Foundation, Gualterio V. y beca postdoctoral de la baya de Idun, Stanford Bio-x, la Stanford que agrietaba el programa de los nervios del código y los futuros nacionales de Keck de la Academia de Ciencias preliminares.

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