211service.com
Het Technicolor-brein
Onderzoekers van Harvard University hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de hersenen te laten gloeien in een regenboog van kleuren. De technologie stelt wetenschappers in staat om kaarten te genereren van een van de laatste grenzen van de hersenen: de complexe wirwar van neurale circuits die informatie verzamelen, verwerken en archiveren. Dergelijke kaarten zouden uiteindelijk licht kunnen werpen op de vroege ontwikkeling van het menselijk brein en op ziekten zoals autisme en schizofrenie, die in verband zijn gebracht met verbindingsproblemen.
Regenboog hersenen: Genetisch gemanipuleerde hersenboogmuizen brengen willekeurige combinaties van cyaan, gele en rode fluorescerende eiwitten tot expressie in zenuwcellen. Als gevolg hiervan worden neuronen en hun projecties - lange staarten die verbinding maken met andere cellen - gelabeld met een veelvoud aan verschillende tinten. In deze afbeelding van een deel van de hippocampus, een hersenstructuur die betrokken is bij het geheugen, zijn neuronen (te onderscheiden door hun duidelijke ronde cellichamen) en astrocyten (te onderscheiden door hun diffuse stervorm), een steuncel in de hersenen, gelabeld met meerdere verschillende kleuren.
Dit wordt een ongelooflijk krachtig hulpmiddel, zegt Elly Nedivi , een neurowetenschapper aan het MIT die niet betrokken is bij het onderzoek. Het zal enorme kansen bieden op het gebied van neurale connectiviteit.
Wetenschappers gebruiken al jaren fluorescerende eiwitten afkomstig van kwallen om specifieke cellen in genetisch gemanipuleerde dieren te markeren. Maar het beperkte aantal beschikbare kleuren was niet genoeg om een gedetailleerd beeld te krijgen van de miljoenen neuronen in de hersenen. Jean Livet, Jeff Lichtman , en hun medewerkers aan Harvard hebben genetisch gemanipuleerde muizen om talloze kopieën te dragen van genen die coderen voor fluorescerende eiwitten van drie verschillende kleuren - geel, rood en cyaan - evenals een enzym dat willekeurig kan voorkomen dat een subset van deze genen hun fluorescerende label.
Wanneer de muizen een verbinding krijgen die het enzym activeert, ondergaat elke cel een willekeurig moleculair proces waarbij subsets van de kleurcoderende genen worden uitgeschakeld. De overige genen produceren de drie gekleurde fluorescerende verbindingen in verschillende hoeveelheden, die samen een unieke nieuwe tint vormen. We krijgen een breed scala aan kleuren - ongeveer 100, zegt Lichtman. De onderzoekers noemen de dieren hersenboogmuizen vanwege de kleurrijke beelden die ze van hun hersenen maken. Een nieuw artikel dat het proces beschrijft, is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuur .
Multimedia
Bekijk de afbeeldingen die zijn gemaakt door genetisch gemanipuleerde 'brainbow'-muizen.
Het vermogen om individuele hersencellen met zo'n breed palet te schilderen, stelt neurowetenschappers in staat om neurale circuits te verkennen als nooit tevoren. Het meeste eerdere werk was gericht op anatomie op grotere schaal of op de functie van individuele cellen, waarbij de gedetailleerde bedrading tussen deze twee schalen werd gemist. Er is een hele reeks aandoeningen van het zenuwstelsel waarvan mensen vermoeden dat ze te wijten zijn aan defecten in de verbindingen tussen zenuwcellen, maar we hebben geen echte hulpmiddelen om de verbindingen te traceren, zegt Lichtman. Het zou heel nuttig zijn om te kijken naar bedrading in diermodellen van een autismespectrumstoornis of psychiatrische ziekte.
Wanneer aangrenzende cellen worden gelabeld met dezelfde kleur, zoals bij eerdere methoden, is het moeilijk om het pad van elke cel in de hersenen te onderscheiden. Maar in dit geval hebben aangrenzende cellen meestal verschillende kleuren, waardoor wetenschappers hun verwarde projecties kunnen volgen terwijl ze zich door de hersenen vertakken en synapsen. In een proof of principle-experiment volgden de onderzoekers alle verbindingen in een klein stukje cerebellair weefsel, het deel van de hersenen dat balans en beweging regelt. Het stelt wetenschappers in staat om niet alleen uit te zoeken wat neuronen doen, maar ook wat ze doen in de context van het intacte circuit, zegt Nedivi. Ik weet zeker dat op de dag dat de krant uitkomt, iedereen en hun moeder ze zullen bellen en om deze muizen zullen vragen.
Lichtman en zijn medewerkers zijn van plan de techniek te gebruiken om te bestuderen hoe de hersenen zich ontwikkelen. Tijdens de ontwikkeling verandert de bedrading op een dramatische manier, zegt Lichtman. Jonge zoogdieren hebben eigenlijk te veel verbindingen en moeten het teveel wegsnoeien, maar het is onduidelijk hoe dat gebeurt. De keuze welke verbindingen worden onderhouden en verloren, heeft waarschijnlijk veel te maken met hoe mensen worden gevormd door hun ervaring, zegt hij. Om de regels van dat trimmen te begrijpen, moet u zien [welke verbindingen] kunnen blijven en welke kunnen verdwijnen.