Sonda nanorurka daje pogląd pojedynczego neuronu na aktywność mózgu

Maleńka włócznia wykonana z nanorurek węglowych może badać wewnętrzną aktywność elektryczną pojedynczego neuronu, dając naukowcom bardziej wyrafinowane spojrzenie na to, jak komórki mózgowe reagują na sygnały z sąsiednich komórek. Badanie mózgu w tej rozdzielczości może mieć kluczowe znaczenie dla wysiłków zmierzających do zrozumienia i zmapowania jego funkcji w nowych szczegółach (patrz Why Obama's Brain-Mapping Project Matters).

Powiesić na: Mikrografia pokazuje nową elektrodę mózgową, która jest wystarczająco cienka i długa, aby zarejestrować dane z wnętrza pojedynczego neuronu.

Harpuny neuronowe mają szerokość zaledwie od 5 do 10 mikrometrów i mogą przebić żywą komórkę, aby zmierzyć zmiany elektryczne związane z sygnalizacją neuronową. W wyciętych skrawkach wciąż aktywnej tkanki mózgowej myszy naukowcy z Duke University byli w stanie nagrywać z wnętrza pojedynczego neuronu na raz.

Według naszej wiedzy, nasz artykuł pokazuje pierwszy wewnątrzkomórkowy zapis z nanorurek węglowych z neuronów kręgowców, mówi Bruce Donald , biochemik i informatyk z Duke University i autor na badanie, które zostało opublikowane w PLoS ONE w środę.

Donald mówi, że nanorurki węglowe mają wiele pożądanych właściwości do nagrywania mózgu: są mocne, kompatybilne z tkankami ciała i dobrze przewodzą prąd. Jednak poprzednie urządzenia zbudowane z nanorurek węglowych były zbyt krótkie lub zbyt szerokie, aby dobrze nadawały się do nagrywania wewnątrz komórek. Sondy zbudowane przez naukowców z Duke'a miały jednak około jednego milimetra długości i umożliwiały dokładniejsze monitorowanie aktywności elektrycznej niż typowe układy elektrod szklanych lub metalowych.

Ostry koniec: Neuro-harpun dochodzi do bardzo precyzyjnego punktu.

Zespół był w stanie wykryć niewielkie zmiany w aktywności elektrycznej w komórce — zmiany odpowiadające sygnałom wejściowym, które neuron odbierał z innych neuronów. Przeciętny neuron korowy może odbierać sygnały od około 10 000 innych neuronów, mówi Richard Mooney , neurolog z Duke University i autor badania. Indywidualnie generują one bardzo małe sygnały, mówi. Wspólnie zbiór sygnałów jest obliczany przez neuron odbierający, który decyduje o tym, czy odpalić.

Nagrania wewnątrzkomórkowe mogą być przydatne do mapowania funkcjonalnych połączeń między neuronami, co jest celem niedawno uruchomionej inicjatywy BRAIN (patrz Mapa aktywności mózgu). Mając możliwość zajrzenia do wnętrza komórki i pomiaru niewielkich zmian napięcia, uzyskuje się dostęp do sieci, która komunikuje się z komórką, powiedzmy Mooney.

Naukowcy wykorzystali sprytną technikę do zbudowania swojego urządzenia, mówi Takashi Kozai , inżynier neuronu, który nie był zaangażowany w badanie. Zaczynając od czubka drutu wolframowego, zbudowali długą, podobną do igły sondę wykonaną ze splątanych nanorurek węglowych. Następnie pokryli sondę materiałem izolacyjnym i użyli skupionej wiązki jonów do bombardowania końcówki, usuwając izolację z tego obszaru i przycinając ją do drobnego punktu.

Dzięki tej technice możesz tworzyć [sondy] tak długo, jak chcesz, mówi Kozai, który opracowuje również mikroskopijne elektrody do rejestrowania aktywności neuronów (patrz Mikronitka węglowa, która nawiązuje kontakt z umysłem). Praca przygotowuje grunt pod wykonanie jeszcze węższych urządzeń, być może rzędu 100 nanometrów zamiast mikronów – mówi.

Oprócz wypreparowanych wycinków mózgu zespół przetestował cienką elektrodę na znieczulonych myszach, chociaż nie byli w stanie uzyskać nagrań z wnętrza komórek mózgowych tych zwierząt. Jednak, jeśli przyszłe wersje końcówki nanorurek będą jeszcze ostrzejsze, mogą być w stanie lepiej przebić komórki w miękkich i gąbczastych mózgach, mówi Kozai. Jeśli jest to możliwe i jeśli urządzenie jest stabilne w czasie w żywych mózgach, może pomóc naukowcom zbadać, w jaki sposób żywy mózg uczy się i zapamiętuje.

Kozai mówi, że jeśli będą w stanie stabilnie zapisywać dane z tej samej komórki, można to zastosować do mapowania zmian neuronów podczas tworzenia pamięci i uczenia się.

ukryć