211service.com
Jak naukowcy zajmujący się mózgiem przechytrzyli swoje myszy laboratoryjne?
Naukowcy mogą teraz obserwować mikroskopijne szczegóły mózgów zwierząt laboratoryjnych, gdy zwierzęta wykonują jakąś akcję. W szczególności technika zwana obrazowaniem dwufotonowym umożliwia neurologom obserwowanie tysięcy neuronów współpracujących w celu kodowania informacji.
Mysz jest gotowa do wejścia do systemu rzeczywistości wirtualnej, gdzie jej mózg może być obrazowany, gdy myśli, że biegnie przez labirynt.
Problem polega na tym, że obrazowanie dwufotonowe wymaga, aby głowa zwierzęcia pozostała nieruchoma. Wydawałoby się, że to wyklucza obserwowanie mózgu, gdy zwierzę robi coś interesującego.
Jednym z kreatywnych rozwiązań jest rzeczywistość wirtualna — środowisko generowane komputerowo, doświadczane przez zestaw słuchawkowy. Kilka lat temu neuronaukowcy zaczęli projektować maleńkie systemy rzeczywistości wirtualnej, aby oszukać myszy, które myślały, że poruszają się po labiryncie, kiedy naprawdę biegają po dużej kuli, z głowami utkwionymi w jednej pozycji.
Do tej pory jednak myszy nie biegały po piłce, dopóki nie przeszły tygodni treningu. Nicholas Sofroniew, współpracując z innymi w HHMI Janelia Campus w Wirginii, stworzył dotykowy wirtualny labirynt, który myszy zdają się od razu rozumieć: poruszają się po wirtualnych korytarzach bez treningu. Ostatnio współpracował z Jeremym Freemanem nad zwiększeniem złożoności systemu.
Został zaprojektowany, aby wykorzystać sposób, w jaki myszy poruszają się w naturze, mówi Freeman. Zamiast polegać głównie na oczach, myszy polegają głównie na wąsach, aby wyczuć drogę przez świat.
W wirtualnej rzeczywistości zorientowanej na wąsy ściany poruszają się, dając myszy złudzenie, że biegnie ona krętymi korytarzami – mówi. Ale cały czas głowa gryzonia jest nieruchoma.
Obrazy o wysokiej rozdzielczości pokazują neurony w akcji, gdy mysz porusza się po systemie wirtualnej rzeczywistości.
Karel Svoboda, starszy badacz biorący udział w projekcie, mówi, że już nauczyli się, że różne neurony działają w zależności od odległości między głową myszy a ścianą. Wydaje się, że mózg tłumaczy dane z wąsów na formę, której może używać mysz.
Technika obrazowania, którą opracował Svoboda, opiera się na fluorescencyjnych białkach meduz. Naukowcy genetycznie zmieniają myszy, aby ich komórki wytwarzały to fluorescencyjne białko w formie, która jest aktywowana po wystawieniu na działanie jonów wapnia. Neurony komunikują się poprzez przenoszenie jonów wapnia, więc oznaczone neurony zapalają się zgodnie z aktywnością mózgu. Aby zobaczyć i zarejestrować, co się dzieje, naukowcy zastępują fragment czaszek zwierząt małym okienkiem.
Naukowcy od dawna są w stanie słuchać pojedynczych neuronów za pomocą elektrod, mówi Svoboda, ale to tak, jakby móc słyszeć tylko jeden instrument podczas symfonii. Teraz, jak mówi, mogą obserwować sposób, w jaki informacje przepływają przez mózg, podczas gdy mysz uczy się radzić sobie w nowym, choć wirtualnym środowisku.
Mimo że głowa myszy nie porusza się, jest zaangażowana w to, co Svoboda nazywa aktywnym doznaniem. Robimy to, kiedy poruszamy oczami, aby zbadać nasze otoczenie. Myszy również to robią, a także poruszają wąsami, aby badać dotykiem. Wydaje się, że mózg myszy wykorzystuje zestawy neuronów do reprezentowania odległości, mówi.
Ostatecznie naukowcy mają nadzieję zrozumieć, w jaki sposób mózg przetwarza informacje. To może pomóc odkryć, co dzieje się w zaburzeniach, takich jak autyzm. Chcemy zrozumieć, w jaki sposób mózgi robią wszystko, co jest związane z wyczuwaniem, uczeniem się i podejmowaniem decyzji, mówi Freeman.
To, czego naprawdę chcieliby, to zrozumienie mechanizmu uczenia się i dotarcie do natury inteligencji. To trudny problem, mówi, ale próba zrozumienia mózgu podczas eksploracji wciągających środowisk to jedno z naszych najlepszych ujęć.