Нейроны с ушами

27.09.2015

Нейробиологи часто используют оптогенетические методы, когда нейроны в мозге подопытной мыши активируются светом. Нейрон снабжается фоточувствительным мембранным белком, который под действием света открывает в мембране ионные каналы; перераспределение ионов между внутренней и внешней стороной мембраны генерирует нервный импульс. Свет можно "провести" в мозг с помощью оптоволоконного световода, что до гена фоточувствительного белка, то тут на помощь приходят генноинженерные ухищрения. Оптогенетика позволяет избирательно управлять четко выделенными группами нейронов, что, разумеется, дает нам массу информации о работе отдельных нервных цепей и целых участков мозга.

Но свет - не единственный переключатель, который можно здесь использовать. Исследователи из Университета Солка создали альтернативный соногенетический метод, названный так по аналогии с оптогенетическим. По названию можно понять, что тут речь идет о звуке, а точнее, об ультразвуке, который запускает нейронный импульс. Ультразвук вызывает механические колебания, то есть нейронам нужен такой ионный канал, который открывался и закрывался бы в ответ на механический стимул. В качестве такого канала Стюарт Ибсен (Stuart Ibsen) и его коллеги использовали TRP-4, активируя его ген в различных нервных клетках круглого червя, нематоды Caenorhabditis elegans.

Чтобы ультразвуковой сигнал смог подействовать, его передавали не через воздух, а через воду, в которую была погружена посуда с червями. Для дополнительного усиления добавляли еще и липидный раствор: после удаления растворителя липиды формировали слой микропузырьков, которые служили дополнительными резонаторами. С помощью коротких звуковых импульсов удавалось заставить свободно ползающих червей менять направление движения или регулировать частоту сокращений тела. Конкретный эффект зависел от того, какие нейроны снабдили "ушами" - механочувствительным мембранным белком TRP-4. Сам по себе он принадлежит геному нематоды, так что, если пытаться сделать то же самое в мышах или крысах, то придется сначала узнать, как TRP-4 поведет себя в совершенно неродственном организме. Впрочем, по словам авторов работы, для этих целей можно попытаться изменить сам белок, повысив его эффективность и совместимость с чужими клетками, либо же найти какие-то другие природные аналоги. Результаты экспериментов опубликованы в Nature Communications.

Преимущество соногенетики в том, что тут не нужно вводить звуковод в тело - ультразвуковые колебания приходят к нейронам извне. (Впрочем, стоит отметить, что и в оптогенетике появились варианты, когда исследователи ограничиваются внешним световым облучением с повышенной проницаемостью, а светочувствительные белки в нейронах реагируют на сигнал, доходящий к ним сквозь толщу тканей.) Кроме того, авторы нового метода предлагают использовать многоканальный звук, чтобы разные нейроны "слышали" что-то свое, и в результате можно было бы сразу наблюдать работу нескольких нервных цепей.

Ранее уже появлялись работы, посвященные стимулирующему влиянию ультразвука на мозг животных и человека; а компания Sony даже запатентовала методику, которая позволяла бы геймерам ощущать запах, вкус и слышать звуки, и все благодаря звуковой стимуляции. В случае соногенеткии речь идет о наиболее специфичном воздействии, сфокусированном на отдельных нервных клетках, правда, ввиду необходимых генноинженерных манипуляций вряд ли этот метод будет когда-либо использован на людях.

<< Назад: Юбилейный калькулятор от Casio 28.09.2015

>> Вперед: Китайские безымянные смартфоны подешевели 27.09.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Случайная новость из Архива Система искусственного зрения на основе организма краба-скрипача 04.08.2022 У нынешних систем искусственного зрения есть некоторые ограничения: они не подходят для визуализации как наземных, так и подводных сред и ограничены полусферическим (180°) полем зрения. Чтобы решить эти проблемы, группа исследователей из Кореи и США, в том числе профессор Янг Мин Сон из Института науки и технологии Кванджу в Корее, разработала новую систему искусственного зрения. Она оснащена возможностью всенаправленного изображения, которая может работать как работать как в водной, так и наземной среде. Вдохновением для создания системы послужил краб-скрипач (Uca arcuata), вид полуземных крабов с полем обзора 360°. Оно возможно благодаря эллипсоидальному стеблю сложных глаз краба, что позволяет получать панорамные изображения амфибий. В свою очередь, плоские роговицы с градуированным профилем показателя преломления дают крабу рассматривать изображения земноводных. Соответственно, исследователи разработали систему зрения, которая состоит из массива плоских микролинз с градуированным профилем показателя преломления. Их интегрировали в гибкую гребенчатую матрицу кремниевых фотодиодов, а затем закрепили на сферической структуре. Градиентный показатель преломления и плоская поверхность микролинзы оптимизировали для компенсации эффектов расфокусировки из-за изменений во внешней среде. Проще говоря, световые лучи, которые проходят в разных средах (соответствующих разным показателям преломления), фокусируются в одном и том же месте.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025