Кои мозъчни клетки са активни, когато човек е щастлив или

Кои мозъчни кафези са дейни, когато човек е благополучен или печален?

За да отговорят на този въпрос, учените би трябвало да схванат по какъв начин обособените мозъчни кафези способстват за по-голямата мрежа от мозъчни действия и каква роля играе всяка клетка за образуването на държанието и цялостното здраве. Досега беше мъчно да се получи ясна визия за това по какъв начин мозъчните кафези при живи животни се държат през продължителни интервали от време.

Но екипът на Дзя Лиу от Харвардското учебно заведение за инженерни и приложни науки " Джон А. Полсън " (SEAS) е създал електронен имплант, който събира подробна информация за мозъчната интензивност от една-единствена клетка (която съставлява интерес за учените) в продължение на повече от година. Техните открития, учредени на проучвания върху мишки, са оповестени в Nature Neuroscience.

" Това проучване взема решение фундаментален проблем - предизвикването да се сътвори мозъчно-електронен интерфейс, който да не нарушава мозъчната функционалност и да не се разгражда с течение на времето ", споделя Лиу, който е доцент по биоинженерство в SEAS, където управлява лаборатория, отдадена на биоелектрониката.

Невролозите от дълго време търсят по-добри принадлежности за проучване на разнообразни кафези в мозъка, в това число неврони (които предават електрически и химически съобщения) и микроглия (имунни кафези, виновни за поддържане на здравето на мозъка).

" Един неврон е доста дребен - единствено от 10 до 100 микрометра, а когато се задейства, неговият капацитет на деяние (скокът в електрическата активност) трае единствено към две милисекунди ", споделя Лиу.

Някои техники могат да открият мозъчна интензивност от характерни кафези, които съставляват интерес за краткотрайни опити в дребни области на мозъка, или в тъкани, неотдавна отстранени от животни, или посредством потребление на сонди или оптогенетични техники за хващане на интензивността in situ.

Но тези условия не подхождат на действителността и не дават задоволително подробна информация за електрическата интензивност в обособените кафези, с цел да се разбере по какъв начин интензивността се трансформира с възрастта и други житейски прекарвания, споделя Лиу. " Поведението, спомените и заболяванията се натрупват в продължение на дни, седмици, месеци и години. "

Според него огромна част от досегашните компликации се дължат на несъответствието в механичните свойства на живата мозъчна тъкан и електронните записващи устройства. Това е попречило на дълготрайното и точно записване на държанието на невроните и микроглиите с течение на времето.

" Мозъкът е доста мек, като текстурата на тофу или пудинг. Същевременно електрониката е твърда. Всяко малко придвижване на мозъка може да докара до отклонение и пренасяне на стандартните датчици в живата мозъчна тъкан. Това противоречие в структурата може да докара до деградация на клетките към мястото на имплантиране. "

Изображение на мрежестия наноелектронен датчик (в червено), вграден сред неврон и микроглиална клетка (показана в зелено). Източник: Лаборатория Лиу, Харвард, SEAS.

За да заобиколи този проблем, екипът на Лю, който е профилиран в проектирането на наноелектроника или " киборги ", с цел да преодолее пропастта сред живата тъкан и електрониката, създава имплантируемо устройство и минимално инвазивна техника за безвредното му снабдяване в мозъка. Гъвкавият наноелектронен датчик, наподобяващ мрежа, е планиран по този начин, че да се вкарва в мозъчната тъкан благодарение на водоразтворима полимерна " совалка ". Преди имплантирането устройството и неговата совалка се свързват литографски. След като имплантът е подложен в мозъка, се ползва елементарен физиологичен разтвор, с цел да се разтвори совалката, като след нея остава единствено мрежестият електронен датчик.

При изследвания с мишки, при които екипът на Лиу вгради своите наноелектронни датчици в голям брой области на мозъка, процесът на имплантиране и наличието на датчиците водят до минимално нарушение на мозъчната тъкан. След това, насочвайки се към обособени неврони за разбор, те употребяват устройствата, с цел да запишат електрическата интензивност на същите кафези през целия живот на възрастните мишки.

" Дори след една година не видяхме никакво утежняване на положението на обособените неврони или разгръщане на микроглията, която искахме да запишем с устройствата ", споделя Лиу. " Няма друга технология, която да може да наблюдава едноклетъчен капацитет на деяние от едни и същи кафези при дейни животни в продължение на няколко месеца и една година. "

В бъдеще Лиу възнамерява да доразвие техниката, тъй че мозъчната интензивност да може да се предава в действително време от биологичната невронна мрежа към изкуствена невронна мрежа в компютър за разбор. Освен това той желае да изследва по какъв начин мрежовите наноелектронни датчици могат да се употребяват за проучване на феномени като " невронно показване ".

" Когато гледате филм или виждате по какъв начин кола се движи по пътя, мозъкът ви генерира електрическа интензивност, с цел да показа тези облици ", споделя той. По време на този развой на невронно показване мозъкът кодира сензорна информация и мисли в модел на външни тласъци.

Лиу споделя, че настроенията да вземем за пример се въздействат от невронното показване и е изключително заинтригуван да изследва по какъв начин измененията в невронните представяния и положенията на мозъка въздействат върху съмненията на настроенията с течение на времето.

" Може би един път на открито е студено и сиво, а вие се чувствате нещастни и в неприятно въодушевление. Друг път е слънчево, вие сте на плажа и сте в чудесно въодушевление. Начинът, по който тези показа се трансформират в мозъка, не може да се изследва благодарение на сегашните технологии, тъй като не сме съумели да проследим устойчиво интензивността на еднакъв неврон ", споделя той. " Настоящото проучване преодолява изцяло въпросното ограничаване. Това е началото на нова епоха в неврологията. "

Крайната цел на проучванията на Лиу е да се разработят диагностични и лечебни способи за неврологични, сърдечносъдови и развитийни болести.

Източник: Medical Xpress