Воссозданы нейронные сети, ответственные за формирование памяти
31.05.2011
1899
0
18990
Исследователи из Питтсбургского Университета (University of Pittsburgh, США) воссоздали в чашке Петри сложную систему взаимодействий нейронов, ответственную за формирование памяти.
Исследователям удалось создать кольцевидные структуры из нейронов головного мозга, в которых клетки не только могли обмениваться электрическими импульсами, но и сохраняли постоянную активность, необходимую для процесса запоминания, как сообщает руководитель исследования профессор Генри Цуранг (Henry Zeringue). Данные, полученные с помощью магнитно-резонансной томографии, свидетельствуют о том, что в мозге воспоминания формируются, когда нейроны мозговой коры активируются в ответ на внешний стимул. Однако сложнейшая структурная организация головного мозга и микроскопические размеры компонентов нейронных сетей делают процесс наблюдения за их работой в реальном времени практически невозможным.
Команда ученых из Питтсбургского Университета создала нейронные сети, состоящие из 40-60 нервных клеток, выделенных из гиппокампа крыс – структуры головного мозга, ассоциированной с формированием воспоминаний. Нейронные сети удалось поместить на тонкие пластиковые подложки, что позволило наблюдать взаимодействие клеток в реальном времени.
Сначала исследователи нанесли на крохотные пластиковые диски специальные адгезионные белки, к которым прикрепляются клетки (в организме благодаря адгезионным белкам клетки организуются в ткани). После этого на пластик были помещены клетки гиппокампа, выделенные из мозга эмбрионов крыс. Прикрепившись к адгезионным белкам, клетки начали образовывать друг с другом специализированные контакты – синапсы – необходимые для обмена нервными импульсами. С помощью специальных химических веществ исследователи заблокировали в клетках ингибирующие передачу нервного импульса биохимические пути и затем воздействовали на клетки электрическими импульсами. Цурангу и его коллегам удалось поддерживать всплеск активности в искусственной нейронной сети в течение 12 секунд (в мозге подобная активность в ответ на инициирующий импульс сохраняется в течение 25 секунд), что позволило зафиксировать процесс генерации и передачи электрического разряда от клетки к клетке.
Раскрытие механизмов взаимодействия нейронов – ключ к пониманию клеточной и молекулярной основы памяти. Разработанная американскими учеными модель позволяет проводить эксперименты непосредственно над нейронными сетями и изучать их in vitro. Например, исследователи уже показали, что, если подавить активность одного нейрона в составе сети, активность других пропорционально возрастает. «Мы можем рассматривать каждый нейрон по отдельности, но так мы получим не слишком много информации, - говорит Цуранг, - Нейроны находятся в гораздо большей зависимости друг от друга, чем любые другие клетки нашего тела. Если на какой-то стимул один нейрон реагирует определенным образом, то в целом нейронная сеть может реагировать на этот же стимул не только иначе, но и совершенно противоположным образом, нежели мы прогнозируем это на основе изучения изолированного нейрона».
Цуранг планирует в последующих исследованиях выявить факторы, действующие на характер активности нейронных сетей, а также варианты электрического взаимодействия нейронов друг с другом и генетическую подоплеку этих процессов.
Флуоресцентная микрофотография модели нейронной сети, созданной исследователями из Питтсбургского Университета позволяет увидеть контакты (окрашены красным красителем) отдельных нервных клеток (окрашены синим красителем) друг с другом. Благодаря адгезионным белкам (окрашены зеленым красителем) вся нейронная сеть закреплена на пластиковой подложке, что позволяет исследователям проводить свои наблюдения и эксперименты (Фото: University of Pittsburgh)
По материалам:
University of Pittsburgh
Оригинальная статья:
Ashwin Vishwanathan, Guo-Qiang Bi, Henry C. Zeringue. Ring-shaped neuronal networks: a platform to study persistent activity. Lab on a Chip, 2011; 11 (6): 1081 DOI: 10.1039/C0LC00450B
Исследователям удалось создать кольцевидные структуры из нейронов головного мозга, в которых клетки не только могли обмениваться электрическими импульсами, но и сохраняли постоянную активность, необходимую для процесса запоминания, как сообщает руководитель исследования профессор Генри Цуранг (Henry Zeringue). Данные, полученные с помощью магнитно-резонансной томографии, свидетельствуют о том, что в мозге воспоминания формируются, когда нейроны мозговой коры активируются в ответ на внешний стимул. Однако сложнейшая структурная организация головного мозга и микроскопические размеры компонентов нейронных сетей делают процесс наблюдения за их работой в реальном времени практически невозможным.
Команда ученых из Питтсбургского Университета создала нейронные сети, состоящие из 40-60 нервных клеток, выделенных из гиппокампа крыс – структуры головного мозга, ассоциированной с формированием воспоминаний. Нейронные сети удалось поместить на тонкие пластиковые подложки, что позволило наблюдать взаимодействие клеток в реальном времени.
Сначала исследователи нанесли на крохотные пластиковые диски специальные адгезионные белки, к которым прикрепляются клетки (в организме благодаря адгезионным белкам клетки организуются в ткани). После этого на пластик были помещены клетки гиппокампа, выделенные из мозга эмбрионов крыс. Прикрепившись к адгезионным белкам, клетки начали образовывать друг с другом специализированные контакты – синапсы – необходимые для обмена нервными импульсами. С помощью специальных химических веществ исследователи заблокировали в клетках ингибирующие передачу нервного импульса биохимические пути и затем воздействовали на клетки электрическими импульсами. Цурангу и его коллегам удалось поддерживать всплеск активности в искусственной нейронной сети в течение 12 секунд (в мозге подобная активность в ответ на инициирующий импульс сохраняется в течение 25 секунд), что позволило зафиксировать процесс генерации и передачи электрического разряда от клетки к клетке.
Раскрытие механизмов взаимодействия нейронов – ключ к пониманию клеточной и молекулярной основы памяти. Разработанная американскими учеными модель позволяет проводить эксперименты непосредственно над нейронными сетями и изучать их in vitro. Например, исследователи уже показали, что, если подавить активность одного нейрона в составе сети, активность других пропорционально возрастает. «Мы можем рассматривать каждый нейрон по отдельности, но так мы получим не слишком много информации, - говорит Цуранг, - Нейроны находятся в гораздо большей зависимости друг от друга, чем любые другие клетки нашего тела. Если на какой-то стимул один нейрон реагирует определенным образом, то в целом нейронная сеть может реагировать на этот же стимул не только иначе, но и совершенно противоположным образом, нежели мы прогнозируем это на основе изучения изолированного нейрона».
Цуранг планирует в последующих исследованиях выявить факторы, действующие на характер активности нейронных сетей, а также варианты электрического взаимодействия нейронов друг с другом и генетическую подоплеку этих процессов.
Флуоресцентная микрофотография модели нейронной сети, созданной исследователями из Питтсбургского Университета позволяет увидеть контакты (окрашены красным красителем) отдельных нервных клеток (окрашены синим красителем) друг с другом. Благодаря адгезионным белкам (окрашены зеленым красителем) вся нейронная сеть закреплена на пластиковой подложке, что позволяет исследователям проводить свои наблюдения и эксперименты (Фото: University of Pittsburgh)
По материалам:
University of Pittsburgh
Оригинальная статья:
Ashwin Vishwanathan, Guo-Qiang Bi, Henry C. Zeringue. Ring-shaped neuronal networks: a platform to study persistent activity. Lab on a Chip, 2011; 11 (6): 1081 DOI: 10.1039/C0LC00450B
Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Последние комментарии
