În clip - neuroni cultivați care exprimă iGluSnFR3 (100 Hz, măsurat cu un microscop widefield simplu). Neuronii au fost inhibați cu TTX, care blochează eliberarea evocată de glutamat.
Sclipirile observate sunt răspunsurile iGluSnFR3 la eliberarea spontană a unor vezicule individuale, care conțin în medie doar 500 de molecule de glutamat.
O echipă de cercetători a dezvoltat o metodă complet nouă pentru a „asculta” limbajul ascuns al creierului: nu semnalele pe care neuronii le trimit mai departe, ci mesajele chimice extrem de discrete pe care le primesc. Pentru prima dată, oamenii de știință pot urmări în timp real semnalele de intrare care ajung la neuronii din creierul viu, un pas major spre înțelegerea modului în care apar gândurile, deciziile și amintirile.
Proteina care „miroase” glutamatul
Inovația se bazează pe o proteină special concepută, un indicator molecular al glutamatului numit iGluSnFR4, dezvoltat de cercetători de la Allen Institute și HHMI Janelia Research Campus.
Glutamatul este principalul neurotransmițător excitator din creier, esențial pentru învățare, memorie și emoții, dar până acum era aproape imposibil de detectat la nivelul unei singure sinapse.
Spre deosebire de metodele anterioare, care măsurau mai ales semnalele de ieșire ale neuronilor, iGluSnFR4 este suficient de sensibil pentru a capta cele mai slabe semnale chimice de intrare. Astfel, cercetătorii nu mai aud doar fragmente din „conversația” neuronală, ci întregul dialog.
De ce contează această descoperire
Accesul direct la semnalele de intrare ale neuronilor permite studierea modului în care aceștia combină mii de mesaje primite pentru a genera un răspuns electric. Această capacitate deschide calea spre descifrarea „codului” intern al creierului și spre înțelegerea mecanismelor profunde ale gândirii și memoriei.
În plus, dereglările semnalizării glutamatului sunt asociate cu boli precum Alzheimer, schizofrenia, autismul sau epilepsia. Noii senzori pot ajuta la identificarea cauzelor acestor tulburări, oferind și un instrument mult mai precis pentru testarea medicamentelor direct la nivel sinaptic.
De la sinapse invizibile la hărți funcționale
Până acum, neuroștiințele puteau cartografia relativ bine conexiunile structurale dintre neuroni și, separat, putea măsura ce „spun” unii neuroni. Lipsea însă informația esențială: cine vorbește cu cine și prin ce tip de semnal. Noul instrument completează această piesă lipsă, făcând posibilă corelarea structurii cu funcția.
Un pas decisiv pentru cercetarea creierului
Rezultatele au fost publicate recent în Nature Methods și sunt deja considerate un potențial punct de cotitură în neuroștiințe. Odată ce aceste proteine sunt disponibile comunității științifice prin Addgene, cercetătorii din întreaga lume pot începe să exploreze, în detaliu, limbajul ascuns al creierului.
Pentru prima dată, neuronii nu mai sunt doar surse de impulsuri electrice, ci noduri care pot fi ascultate în ambele sensuri ale comunicării. Iar acest lucru ar putea schimba profund modul în care înțelegem funcționarea minții umane.
Sursa: Allen Institute
