Нейростарости. Оптогенетика картирует нейроны с точностью до одного синапса

Ученые из института нейронаук Общества Макса Планка во Флориде оптимизировали метод оптогенетического картирования нейронных сетей, благодаря чему стало возможно изучать синаптические связи между клетками с точностью до одного нейрона.

Срез коры головного мозга у грызуна, на котором показана экспрессия сенсорного кальциевого канала (зеленая флюоресценсция) и относительно меньшее количество оптогенетических конструкций (красная флюоресценсция), ограничевающее распространение возбуждения. Фото с сайта neurosciencenews.com

Метод оптогенетики основан на способности нейронов со встроенными светочувствительными каналами избирательно возбуждаться под действием света  определенной длины волны. Эта техника позволяет ученым контролировать работу нейронов импульсами света и отдельно активировать изучаемые  группы нервных клеток, в связи с чем оптогенетика  используется в самых передовых нейрофизиологических лабораториях мира.

В статье, опубликованной в журнале eLIFE, группа исследователей предложила новый способ оптимизации оптогенетических инструментов для построения нейронных карт головного мозга. Большей точности визуализации им удалось достичь за счет ограничения стимуляции живой ткани дископодобным лучом света  в сочетании с уменьшением пространства, на котором экспрессируются светочувствительные каналы  в теле и отростках нейрона. Дело в том, что встраивание канального родопсина обычными генетическими методами приводит к тому что он экспрессируется на поверхности всего нейрона  от дендритов до аксонов. Если мы хотим проследить как возбуждение передается от пресинатического волокна одного на постсинаптическое волокно другого нейрона, то есть наши интересы ограничиваются одним синапсом,  нам надо исключить передачу возбуждения через соседние синапсы, чтобы избежать ложных результатов.

В связи с этим ограниченная экспрессия канального родопсина позволяет определить синаптические связи нейронов, чьи тела расположены близко в дендритам постсинаптических клеток, что раньше приводило к непосредственной активации дендритных каналов.  Кроме того, когда речь идет о стимуляции отдельной клетки, любой полученный ответ будет привязан к ее активности, а не к стимуляции аксонов или дендритов соседних клеток, что может произойти при случайном попадании на них проходящего пучка света. Усовершенствованный оптогенетический метод позволит ученым достигнуть главной цели: построить точную карту, отражающую функциональную активность синапсов без потери информации, которая ограничивала возможности оптогенетики раньше. Полученные данные помогут больше узнать о работе нервной системы и разобраться в происхождении неврологических и психиатрических расстройств.

«Усовершенствованная методика легко и просто осуществима с помощью обычной двухфотонной микроскопии, что открывает большие возможности для ее применения в исследованиях не только в институте Общества Макса Планка во Флориде, но и повсеместно в нейронауках», — говорит доктор Болтон, руководитель исследовательской группы.

Текст: Алексей Паевский

Cellular resolution circuit mapping in mouse brain with temporal-focused excitation of soma-targeted channelrhodopsin  

Christopher A Baker, Yishai M Elyada, Andres Parra-Martin, and McLean Bolton

eLife.Published online August 15 2016

doi:10.7554/eLife.14193

Источник: neuronovosti.ru

Комментарии: