科学家创造令人兴奋的工具来“看”成千上万的老鼠大脑细胞连接

解决如何学习和记忆的奥秘,约翰霍普金斯医学科学家已经创建了一个系统来追踪数百万脑细胞之间的联系的老鼠都在同一时间的动物的胡须是调整,学习的一个指标。

研究人员说,新的工具提供了一个前所未有的视图的脑细胞活动synapse-a狭小的空间之间的两个大脑细胞化学,分子和来回传递。

“这是科幻小说能够形象几乎每一个大脑突触和观看行为的改变,”理查德·哈甘耐尔教授说,布隆伯格博士,著名神经科学和心理学和脑科学教授约翰霍普金斯大学和神经科学部门的主任约翰·霍普金斯大学医学院的。

总结的研究发表在10月18日和11月25日在《华尔街日报》的最终形式eLife。

研究人员从未想过他们会能够看到大脑的活动在这样一个巨大的规模。他们说,在开发工具之前,他们看到大脑细胞活动的能力就像夜空中查找与裸露的眼睛,看到了数十亿的恒星。“这就像我们可以看到和跟踪每个星星同时”现在,奥斯汀坟墓说,博士,讲师约翰霍普金斯大学医学院的神经科学。

大脑细胞之间的空间,或神经元极小。这是不到一个micron-about人类头发宽度的十分之一。在这些神经元之间的连接是通过分子的公路和proteins-mainly钠和calcium-transferring从一个神经元。

当神经递质传递神经元突触和土地,他们激活谷氨酸AMPA受体蛋白在神经元的外壳。“这些受体的功能机器语言神经元之间,”格雷夫斯说。

胡格尼尔教授和其他科学家表明,突触受体嵌入在他们是大脑学习的关键位置。这就是记忆编码,他们说。

研究突触是如何运作的,科学家们通常文化的大脑细胞在实验室筛选样本增加或减少蛋白质的细胞。他们也检查大脑不同部位的神经元的子集,但是科学家以前从未能够如此规模的图像在整个大脑突触,研究人员说。

转基因小鼠的研究,科学家将GRIA1基因插入到DNA,生产绿色发光的标签在所有AMPA谷氨酸蛋白质。当神经元amp信号,他们生产更多AMPA谷氨酸蛋白质,和绿色信号变亮。自AMPA谷氨酸受体是非常普遍的,研究人员能够找到几乎所有的兴奋性神经元更有可能发送信号到其他神经元,而不是阻止他们鼠标大脑。

然后,研究人员调整须在每个鼠标和使用高功率的显微镜跟踪该突触发光绿色和信号的亮度。他们发现大约600000个发光的突触和迹象表明,绿色的亮度信号的强度与AMPA谷氨酸受体的反应。

哈甘耐尔教授说,新系统产生令人难以置信的大量的数据。所以,研究人员曾与计算科学家约翰霍普金斯大学生物医学工程系开发人工智能和机器学习技术训练和验证算法,自动检测的所有发光的突触和他们如何随时间变化的经验和学习。

他们目前的工作是一个概念验证研究显示这种突触的功能成像工具,研究人员说。其他科学家们要求使用转基因小鼠的研究。

研究人员还计划使用工具来研究其他老鼠的行为,学习和记忆,并检查突触改变在一定条件下,如老化、阿尔茨海默病和自闭症。