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Kleine Gehirne, großes Bild: Enthüllungsmicroscopic Geheimnisse c.elegans'

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Es ist die Stückchen, die das große Bild machen, und in diesem Fall, können die Stücke nicht durch das bloße Auge gesehen werden.

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Neue Forschung bei Okinawa Institute der Wissenschaft und Technik-Absolvent-Universität (OIST) verwendete Mikroskopietechniken, um das Gehirn der Millimeter-langen Caenorhabditis-elegans zusammenzustellen und aufdeckte, dass ihre Neuronen Aktionspotential-einspitze in der Spannung wegen der Neuronen abfeuern, die sensorische Informationen in der Zellmembran senden. Ihre Ergebnisse konnten zu besseres Verständnis von, wie Nervensignale in den Organismus übertragen werden und als zukünftiges Modell für neuronale Informatik in anderen Tieren dienen, einschließlich Menschen führen.

Wissenschaftler von der informationsverarbeitenden Biologie-Einheit (IPBU) und von der Neurobiologie-Forschungsabteilung (NRU) an OIST arbeiteten auf dem Projekt zusammen. Das IPBU hatte die Technologie, zum von C.-elegans genetisch zu ändern, während das NRU das Know-how hatte, zum von elektrischen Signalen von den kleinen Neuronen des Wurmes zu notieren. Obgleich im Allgemeinen gedacht, um, die Fähigkeit zu den Feueraktions-Potenzial-dentweder-oder-Impulsen hatte zu ermangeln, die für Beschlussfassung Ichiro Maruyama, Projektleiter des IPBU benötigt wurden, Ergebnisse, die vorschlugen, dass die Neuronen des Wurmes Aktionspotenziale abfeuerten. Zu sein Misstrauen bestätigen, wünschte er weitere Daten unter Verwendung der Elektrophysiologie, die sein Labor nicht aktiv tat, also teilte er seine Ideen mit Jeff Wickens, Kopf des NRU und Forschern Tomomi und Mayumi Shindou.

Sieben Jahre später, zahlte sich die Zusammenarbeit aus; die abgeschlossene Studie wurde in den wissenschaftlichen Berichten am 5. März 2019 veröffentlicht. Vor dem Projekt war die allgemeine Vorstellung, dass C.-elegans Neuronen nur auf eine geordnete Art mit Analogsignalen reagierten. Die Arbeit stellte jedoch dar dass die Neuronen ein Aktionspotenzial, wenn sie eine Schwelle überschritten, eine digitalere Art Signalisieren abfeuern würden.

„Die Hauptsache, die dieses Papier darstellt, ist, dass die Neuronen wir Feueraktionspotentiale studieren,“ Wickens sagte. „Jetzt haben C.-elegans Neuronen aktives und passives Getriebe, also sind alle diese Mechanismen wesentlich für die sensorische Verarbeitung, sogar im kleinsten von Neuronen.“

Um die sensorische Verarbeitung in C.-elegans zu beobachten, wendeten Maruyama und sein Team Salz an der Spitze der Nase des Wurmes an. Sie erhöhten und verringerten die Salzkonzentration, suchten verschiedene Reaktionen vom Wurm und überwachen das electroactivity seiner Neuronen. Sie fanden, dass eine Zunahme des Salzes zuerst ein Neuron auf der linken Seite des Gehirns beeinflußte, dann lösten die Signale aus, die den Wurm veranlassen, sich vorwärts zu bewegen. Eine Abnahme veranlaßte ein Neuron auf der rechten Seite, Signale zu senden, damit der Wurm sich zurückbewegt.

„Dieses Paar Neuronen haben die gleiche Struktur und Namen, aber vollständig gegenüber von Funktionen,“ sagte Maruyama. „Unter Verwendung jener zwei Neuronen ist zusammen sehr leistungsfähig, damit der Wurm erreicht einen Platz mit einer vorzuziehenden Salzkonzentration.“

Sich entwickelnde winzige Methoden

C.-elegans erforschend, erlegt a Herausforderung-zu auf, Perspektive wie kleinem das Gehirn von C.-elegans zu geben, ist sie haben 302 Neuronen, hat eine Ameise 250.000 und eine Maus hat 75 Million. Wickens setzte sein ehemaliges postdoc und ersten Autor des Papiers, Dr. Tomomi Shindou, verantwortlich für das Entwickeln der Methodologie für das Projekt. Die Arbeit nahm zeit--vier Jahre des Versuches und des Fehlers, um die rechten Techniken und drei für das Sammeln von Daten mehr zu schaffen.

Das NRU stellte eine scharfe Glasnadel weniger als die Größe eines Mikrometers her. Sie benutzten die Nadel, um eine Gehirnzelle von C.-elegans zu extrahieren, sobald sie herausgestellt wurde, um zu salzen, um das Neuron anzusehen. Diese Methode ist wie die Anwendung der Pinzette, um einen Splitter von einem Finger zu extrahieren.

„Nur eine Handvoll Labors in der Welt kann dies tun,“ sagte Maruyama. „Sobald die Zelle extrahiert wurde, benutzten die Wissenschaftler Elektrophysiologie-messende Spannungsänderung in den Zellen, um die Neuronen aufzuspüren, die aktive und passive Aktivierung ansehen. Die Wissenschaftler verwendeten auch Kalziumdarstellung, um mehr Daten vorzulegen und beobachteten frei-bewegende Würmer, die dem Salz ausgesetzt worden waren.

„Sie können ein Kalzium-Sensor-Protein in einer Einzelheit ausdrücken, Neuron-wenn dem Neuron es leuchtet aktiviert ist,“ sagte Maruyama. „Sobald Neuronen aktiviert sind, produzieren sie eine grüne Fluoreszenz und jetzt ermitteln Sie die Neurontätigkeit mit dem Leuchtstoffmikroskop. Die Daten von den zwei Tests tadellos zusammengebracht.“

„Tadellos zusammengebrachte Daten“ sind eine Phrase, die jeder Forscher hofft zu hören. Die Ergebnisse schlagen vor, dass angenommen, Dogma-dass diese Würmer nur passives senden, falsch Signal-ist. Das bemerkenswerte Finden öffnet auch eine Tür zu verbessertem neuralem in der Zukunft aufzeichnen.

„Jedes C.-elegans hat den gleichen Satz von den Neuronen, die ebenso, anders als ein Mäusegehirn angeschlossen werden, das ein Dschungel von Verbindungen ist-,“ Wickens sagten. „Wenn wir ein besseres Verständnis dieses einfachen Nervensystems erhalten können, für das wir eine Art Schaltplan haben, können wir erhalten Einblicke auf, wie schwierigere Gehirne funktionieren an einer größeren Skala.“