Die Forscher lesen und schreiben Gehirnsignale mit Lichtblitzen

Mit zwei Spitzentechnologien haben Forscher einen neuen Weg gefunden, um zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert. In dem Natur Methoden Englisch: bio-pro.de/en/region/stern/magazin/...1/index.html Sie berichten, wie sie Lichtblitze benutzten, um elektrische Signale von einzelnen Neuronen sowohl "lesen" als auch "schreiben" zu können.
Das Team aktivierte sechs Neuronen in Form eines lächelnden Gesichts. Die farbcodierte Antwort - in grün - beweist, dass die Methode zur Aktivierung des Neuronenmusters funktioniert.
Bildnachweis: Lloyd Russell, Labor Hausser, UCL.

Das Team vom University College London (UCL) sagt, dass der von ihnen entwickelte Ansatz "das optogenetische Toolkit erweitert".

Die Lese- und Schreibtechniken ermöglichen es ihnen, ausgewählte Gehirnzellen in verschiedenen Mustern zu aktivieren und zu messen, wie die Schaltung reagiert - im Wesentlichen ermöglichen sie so, eine Gehirnschaltung in einer bestimmten Weise "abzufragen".

Senior-Autor Michael Hausser, Professor für Neurowissenschaften am Wolfson Institut für biomedizinische Forschung der UCL, sagt, dass er hofft, mit der Technik das Gehirn fragen zu können und anhand der Antworten besser zu verstehen, wie es funktioniert:

"Das Kombinieren von Lesen und Schreiben von Aktivität in denselben Neuronen im intakten Gehirn könnte revolutionieren, wie Neurowissenschaftler mit Gehirnaktivität interagieren und diese verstehen können."

Es ist wie eine Unterhaltung mit dem Gehirn. Prof. Hausser erklärt, dass die Antworten, die Sie erhalten, mit der Zeit ein Gefühl für die wichtigsten Fragen geben:

"So wie wir bestimmte Wörter zu Sätzen kombinieren, die eine Antwort von jemandem hervorbringen, mit dem wir sprechen, haben wir Licht verwendet, um bestimmte Kombinationen von Nervenzellen im intakten Gehirn zu aktivieren und aufzuzeichnen, wie die anderen Zellen reagieren."

In ihrer Arbeit beschreiben Prof. Hausser und Kollegen, wie sie Nervenzellen in den Gehirnen von Mäusen manipulierten, um Gehirnsignale lesen und schreiben zu können.

Um Gehirnsignale zu lesen, codierten sie Aktivitätssensoren in den Nervenzellen, um zu leuchten, wenn die Zellen aktiv sind. Um Gehirnsignale zu schreiben, konstruierten sie die gleichen Nervenzellen, um lichtempfindliche Proteine ??zu exprimieren, die mit Lichtblitzen aktiviert werden können.

Durch die Kombination der Techniken konnte das Team die Gehirnaktivität in den Mäusen beobachten und kontrollieren.

Sie aktivierten ausgewählte Gehirnzellen in verschiedenen Mustern und gemessenen Antworten

Das Papier beschreibt auch, wie das Team einen Weg gefunden hat, mehrere Gehirnzellen gleichzeitig zu aktivieren. Mit Hilfe einer holographischen Technik teilten sie einen Lichtstrahl in kleinere Teilstrahlen auf, die sie auf individuell ausgewählte Gehirnzellen lenkten.

Sie testeten den Ansatz an einer Gruppe von Cortex-Gehirnzellen, die auf Berührung reagieren. Als sie die ausgewählten Neuronen mit den Beamlets aktivierten, sahen sie nicht nur in den aktivierten Neuronen, sondern auch in Hunderten ihrer Nachbarn Aktivitätsblitze.

Sie aktivierten ausgewählte Gehirnzellen in verschiedenen Mustern und maßen, wie der Schaltkreis reagierte - und demonstrierten, wie die Technik eine Möglichkeit bot, den gewählten Gehirnkreislauf zu "befragen".

Sie wiederholten die Experimente in der gleichen Gruppe von Neuronen in denselben Mäusen über Tage und Wochen, so dass sie eine ausgedehnte "Konversation" mit der Gehirnschaltung hatten.

Der erste Autor Dr. Adam Packer, ebenfalls vom Wolfson Institut für biomedizinische Forschung der UCL, sagt, dass ihre Arbeit den Neurowissenschaftlern die Mittel zur Verfügung stellt, "eine langfristige und einnehmende Konversation mit der Großhirnrinde im Gehirn einer Maus zu haben".

"Entscheidend", fügt er hinzu, "da die Methoden der Aufzeichnung und Aktivierung auf Licht beruhen, ist diese Technik flexibel und nicht-invasiv."

Ziel ist es, den "neuronalen Code" der Sinneswahrnehmung zu knacken

Das Team hofft, den "neuronalen Code" der Sinneswahrnehmung knacken zu können - die Sprache, die unsere Gehirnzellen nutzen, um sich gegenseitig über die Informationen zu informieren, die unsere Sinne aus unserer Umwelt erhalten. Dies würde die Neurowissenschaft verändern.

Die gewonnenen Erkenntnisse könnten auch über das Verständnis von neuronalem Code hinausgehen - sie könnten aufzeigen, wie Gehirnaktivität bei Störungen wie Autismus und Demenz drunter und drüber geht.

Dr. John Isaac, Leiter für Neurowissenschaften und psychische Gesundheit beim Wellcome Trust - ein Sponsor der Studie - sagt:

"Dieser neue Ansatz hilft uns zu verstehen, wie komplexes Verhalten durch das Nervensystem erzeugt wird. Die Arbeit ist ein Schritt zur Verwirklichung einer der ultimativen Herausforderungen der modernen Wissenschaft: zu verstehen, wie das Gehirn Informationen verarbeitet, um angemessene Handlungen zu erzeugen."

Die Mittel für die Studie kamen von der Europäischen Kommission, der Europäischen Organisation für Molekularbiologie, dem Europäischen Forschungsrat, dem Medical Research Council, der Gatsby Charitable Foundation und dem Wellcome Trust.

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