Die Bemühungen von Wissenschaftlern, die Geheimnisse der Funktionsweise von Neuronen im menschlichen Körper, insbesondere im Gehirn, weiter zu entschlüsseln, bieten eine Fülle von technologischen Anwendungen, die auf künstlicher Intelligenz KI basieren. Replikationen zu Chips .
Aus diesem Grund ist es wichtig, neue Wege zum Verständnis der Kommunikationsmuster zwischen Neuronen zu finden.
Ein Forscherteam des Labors für grundlegende BioPhotonik LBP an der School of Engineering STI der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL hat eine Studie zur Untersuchung dieses Phänomens entworfen.
Die Antwort ist in den Ionen
Die Forscher haben sich speziell die angeschaut Membranpotential von Neuronen, die sich auf das Ruhepotential der inneren und äußeren Regionen der Zelle beziehen, das durch die Übertragung von Ionen während der Übertragung elektrochemischer Signale erzeugt wird. Sie beobachteten den Prozess in Wassermolekülen.
"Neuronen sind von Wassermolekülen umgeben, die bei Vorhandensein einer elektrischen Ladung ihre Orientierung ändern" sagt Sylvie Roke, Direktorin der LBP und Mitautorin des Papiers.
"Wenn sich das Membranpotential ändert, orientieren sich die Wassermoleküle neu - und das können wir beobachten."
Ihre Arbeit hat eine zweifache Bedeutung in dem Sinne, dass :
1 es wurde durchgeführt ohne die "Hilfe von toxischen fluoreszierenden Markierungen oder invasiven elektrischen Sonden" dank ihrer Entscheidung für kombinierte Beleuchtung, Patch-Clamp und Bildgebung der zweiten Harmonischen
2 sein Potenzial, Medizinern mehr Optionen zur Überwachung der Gehirnaktivitäten anzubieten.
Durch Anwendung dieser alternativen Technik konnten die Forscher a dreifach erhöhen, resultierend in "eine [allgemeine] Verbesserung der markierungsfreien Empfindlichkeit für die Bildgebung der zweiten Harmonischen."
Verbesserte Methoden bieten greifbarere Ergebnisse
Verbesserte und effizientere optische Bildgebung machte den Unterschied in der Arbeit des Teams aus.
In der Tat dank der Beiträge der Physiker Donna Strickland und Gérard Mourou, die Empfänger der Nobelpreis für Physik 2018 zusammen mit einem dritten Wissenschaftler Arthur Ashkin für eine andere Innovation im Oktober.
Sie erhielten die prestigeträchtige Auszeichnung "für ihre Methode zur Erzeugung hochintensiver, ultrakurzer optischer Impulse", was bedeutet, dass es in der wissenschaftlichen Gemeinschaft bereits einen starken Welleneffekt hinsichtlich der Anwendung ihrer Techniken gegeben hat.
Die in dieser Studie verwendeten doppelten Laserstrahlen umfassten Femtosekundenlaserpulse. Roke ausführlich über die Bedeutung der Forschung von Mourou und Strickland für ihre Studie :
"Wir sehen sowohl grundlegende als auch angewandte Implikationen unserer Forschung. Dies kann uns nicht nur helfen, die Mechanismen zu verstehen, die das Gehirn zum Senden von Informationen verwendet, sondern könnte auch Pharmaunternehmen ansprechen, die an In-vitro-Produkttests interessiert sind."
"Und wir haben jetzt gezeigt, dass wir ein einzelnes Neuron oder eine beliebige Anzahl von Neuronen gleichzeitig analysieren können." Zweifellos ist das preisgekrönte Paar erfreut zu sehen, dass ihre Arbeit nicht nur für die wissenschaftliche Gemeinschaft von großem Nutzen ist, sondern auchverspricht, mehrere reale Anwendungen anzubieten.
Details zur Studie erscheinen in einem Artikel betitelt "Membranwasser zur Untersuchung neuronaler Membranpotentiale und Ionenflüsse auf Einzelzellenebene", veröffentlicht am 11. Dezember im Naturkommunikation Tagebuch