Wissenschaftler der Johns Hopkins University Medicine haben ein neues Tool entwickelt, das Verbindungen zwischen Gehirnzellen bei Mäusen verfolgen kann. Das neue Tool hilft Wissenschaftlern, einen Blick in das Gehirn der Tiere und die Gehirnaktivitäten in Synapsen zu werfen. Die Studie ist in veröffentlicht.das Journal eLife.
Das Hauptziel der Studie war es zu sehen, wie Lernen und Gedächtnis bei Mäusen ablaufen. Als Ergebnis der Studie hat das Team herausgefunden, dass das Zucken der Schnurrhaare der Tiere tatsächlich ein Indikator für das Lernen ist.
Die Gehirnaktivität in einem so massiven Ausmaß zu sehen, war ein Fortschritt für die Wissenschaftler. Richard Huganir, Ph.D., Bloomberg Distinguished Professor of Neuroscience and Psychological and Brain Sciences an der Johns Hopkins University und Direktor des Department of Neuroscience atder Johns Hopkins University School of Medicineerzählt Newswise, "Es war Science-Fiction, fast jede Synapse im Gehirn abbilden und eine Verhaltensänderung beobachten zu können."
Laut dem Team war das klare Sehen der Gehirnaktivität vor der Einführung des Tools vergleichbar mit dem Blick in den Nachthimmel und die Sterne mit bloßen Augen. Austin Graves, Ph.D., Dozent für Neurowissenschaften an der Johns Hopkin University School of Medicinesagte, dass es jetzt so ist, als könnten wir jeden der Sterne gleichzeitig sehen und verfolgen.
Wie machen sie das?
Die Verbindung zwischen Gehirnzellen basiert auf Neuronen und Synapsen. Und der Zwischenraum ist weniger als einen Mikrometer dick, was fast ein Zehntel der Breite eines menschlichen Haares ist. Wir sprechen von einem unglaublich winzigen und harten-zum Bildbereich.
In diesem Bereich passiert die Magie; diese Räume wirken wie eine Autobahn, um Moleküle und Proteine von einer Gehirnzelle zur nächsten zu übertragen. Die Studie des Teams zeigt, dass dies auch der Hauptort für das Lernen im Gehirn ist und wo Erinnerungen gespeichert sindGrave sagt, dass "diese Rezeptoren die funktionelle Maschinerie der Sprache zwischen Neuronen sind."
Während es andere Studien gab, die sich auf die Kartierung des Gehirns konzentrierten, waren sie nicht in der Lage, das gesamte Gehirn in dieser Größenordnung zu durchleuchten. Um ein klareres Bild aus dem Inneren des Gehirns zu erhalten, haben die Forscher das GRIA1-Gen eingefügtin die DNA der Mäuse. Die gentechnisch veränderten Mäuse produzierten dann auf allen AMPA-Glutamat-Proteinen ein grün leuchtendes Tag. Dies half dem Team zu sehen, dass Neuronen, wenn sie ihre Signale verstärken, mehr AMPA-Glutamat-Proteine produzieren, was zu helleren grünen Markierungen führt, konnte das Team fast alle Neuronen lokalisieren, die eher mit anderen Neuronen kommunizieren.
Das Team zwickte dann an jeder Maus einen Schnurrbart und verfolgte die leuchtenden Synapsen mit Hochleistungsmikroskopen. Als Ergebnis stießen sie auf 600.000 leuchtende Synapsen.
Aber da das neue System riesige Datenmengen generierte, arbeitete das Team mit Computerwissenschaftlern zusammen, um mithilfe von KI und maschinellem Lernen Algorithmen zu entwickeln, die automatisch die hellgrünen Synapsen und ihr sich im Laufe der Zeit änderndes Verhalten erkennen können. Das revolutionäre synaptische Bildgebungstool half dem Team dabei, zu gehenwo noch kein anderes Team zuvor gewesen ist.
Laut dem Team könnte das Tool auch verwendet werden, um andere Verhaltensweisen von Mäusen zu untersuchen und wie sich ihre Synapsen in verschiedenen Situationen wie Altern, Alzheimer und Autismus verändern.