Forscher der Columbia University haben erstelltschöne 3D-Videos der Nervenzellen einer Fruchtfliege in Aktion. Um dies zu erreichen, verwendeten sie das SCAPE-Mikroskop von Columbia, das in der Lage ist, Neuronen mit blitzschneller Geschwindigkeit abzubilden.
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Die Aufgabe war nicht nur aus ästhetischen Gründen erledigt. Die 3D-Bilder ermöglichten den Forschern zu untersuchen, wie die Körperzellen des Insekts Bewegungen an das Gehirn zurückmelden.
Untersuchung der Standorte von Neuronen
"Wir wissen, dass das Gehirn sensorische Signale durch elektrische Impulse empfängt, die entlang von Neuronen geleitet werden, aber wir haben nicht verstanden, warum sich manche Arten von Neuronen an bestimmten Positionen befinden oder wie bestimmte Signalmuster unterschiedliche Bewegungen darstellen", sagte Wesley Grueber, PhD, ein leitender Forscher am Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute in Columbia und Co-Senior-Autor des Papiers.
"Um diesen Prozess zu verstehen, mussten wir wissen, welche Signale die Neuronen senden, während die Larve ungezwungen herumkroch."
"Obwohl wir Larven herstellen konnten, deren Neuronen beim Abfeuern mit Fluoreszenzblitz markiert wurden, hatten wir große Schwierigkeiten, sie abzubilden", sagte Rebecca Vaadia, Doktorandin im Grueber-Labor und Co-Erstautorin der Arbeit.
"Selbst unsere schnellsten Mikroskope erforderten, dass sich die Probe unnatürlich langsam bewegte, sodass wir die neuronale Aktivität, die die natürlichen, unbelasteten Bewegungen des Tieres widerspiegelte, nie wirklich erfassen konnten, bis wir mit der Verwendung von SCAPE begannen."
SCAPE wurde speziell entwickelt, um Dinge extrem schnell in 3D abzubilden, erklären die Forscher. Dabei ermöglichte das Mikroskop, dass die Nervenzellen, die im Inneren der Fruchtfliegenlarven aufblitzen, in Echtzeit aufgezeichnet werden.
propriozeptive Zellen verfolgen
Das Experiment generierte eine riesige Datenmenge. Um sie zu verstehen, entwickelten die Forscher Algorithmen, die jede propriozeptive Zelle verfolgten.
Diese Zellen sind sensorische Rezeptoren, die Verwenden Sie interne Reize, um Veränderungen in der Position oder Bewegung des Körpers zu erkennen. Als solche sind sie für die Fähigkeit des Insekts verantwortlich, seinen Standort zu kennen.
"Unsere Experimente haben durchweg gezeigt, dass jedes der Propriozeptor-Neuronen unterschiedlich reagiert, wenn die Larven dahinkriechen, eine Beobachtung, die nicht gemacht worden wäre, wenn die Larven eingeschränkt worden wären", sagte Dr. Grueber, der auch außerordentlicher Professor für Physiologie istund zelluläre Biophysik und Neurowissenschaften am Vagelos College of Physicians and Surgeons in Columbia.
"Wir haben in Echtzeit gesehen, wie einige Neuronen feuerten, wenn sich der Körper des Tieres streckte, während andere feuerten, wenn er sich zusammendrückte."
Wissenschaftler hatten lange spekuliert, dass propriozeptive Zellen in ihren Rollen überflüssig sind. Dies liegt daran, dass das Ausschalten einer Zelle zu langsameren Bewegungen des Insekts führen würde.
Die neue Studie ergab jedoch, dass jedes Neuron seine eigene einzigartige Rolle hat. Die Ergebnisse zeigten, dass jede Zelle so positioniert ist, dass sie bestimmte Aspekte der Bewegung der Tiere wahrnimmt. Daher ist jedes Neuron für das Insekt unerlässlich.
Derstudieren ist veröffentlicht in das Tagebuch Aktuelle Biologie.