Unglaubliches gehirn-kontrollmikroskop enthüllte


Unglaubliches gehirn-kontrollmikroskop enthüllte

Ein revolutionäres neues Mikroskop ermöglicht es Neurowissenschaftlern, die neuronale Aktivität auf zellulärer Ebene mit Millisekunden-Genauigkeit zu beobachten und zu kontrollieren. Um die disparate Technologie zusammenzubringen, wird das neue Gerät bislang den genauesten Blick auf die innere Arbeit des Gehirns geben.

Eine wegweisende Innovation verspricht einen zusätzlichen Einblick in die Funktionsweise des Gehirns.

Das Gehirn ist das komplexeste Organ im Körper, bei weitem.

Es besteht aus schätzungsweise 86 Milliarden Neuronen, die alle in der Lage sind, selbständig oder in gemustertem Unisono zu rennen.

Die Neurowissenschaft ist in den letzten Jahrzehnten in Sprüngen und Grenzen gekommen, aber es gibt natürlich viele Fragen, die noch zu beantworten sind.

Ein Organ, das in der Lage ist, eine nahtlose interne Repräsentation unserer Umwelt aus der Kakophonie der Reize zu konstruieren, mit der es präsentiert wird, war immer schwer zu verstehen.

Alle beeindruckenden Fähigkeiten des Gehirns - Gedächtnis, Emotion, Kontrolle der Bewegung - werden durch einfache Ein / Aus-Signale erreicht, die entlang der Neuronen laufen. Die Wissenschaftler konnten diese Signale seit vielen Jahren beobachten, aber um sie im Kontext zu sehen und die "Syntax" der neuronalen Sprache zu sehen, war bis jetzt nicht möglich.

Beobachtung der neuronalen Aktivität im Detail

Forscherin Hillel Adesnik, PhD, Assistant Professorin für Neurobiologie an der University of California-Berkeley, und sein Team haben ein unglaubliches Mikroskop entworfen, das darauf abzielt, eine weitere Schicht zu unserem ständig wachsenden Verständnis des Gehirns hinzuzufügen.

Das Mikroskop ermöglicht es dem Forscher, die Aktivität des Gehirns auf der Ebene der einzelnen Zellen mit Millisekunden Genauigkeit zu beobachten; Neben der Visualisierung der Aktivität des Gehirns in Echtzeit ist das Gerät auch in der Lage, die Aktivität in den einzelnen Neuronen einer lebenden Ratte zu kontrollieren. Adesnik erklärt:

Wir haben ein Prototyp-Mikroskop entwickelt, das das Detailniveau erreicht, das benötigt wird, um den neuronalen Code tatsächlich zu verstehen."

Adesnik hat große Hoffnungen für zukünftige Anwendungen des Mikroskops: "Nach weiteren Verfeinerungen kann dieses Instrument in der Lage sein, als eine Art Rosetta Stone zu fungieren, um uns zu helfen, den neuronalen Code zu knacken."

Die Forschung des Teams wird auf der American Association of Anatomists Annual Meeting während der experimentellen Biologie 2016 in San Diego, CA präsentiert werden.

Hologramme kontrollieren das Verhalten

In ihrer Forschung verwenden Adesnik und sein Team Mäuse mit modifizierten Neuronen, die auf Licht reagieren. Die Technik, die als Optogenetik bekannt ist, ermöglicht es den Ermittlern, einzelne Neuronen mit einem einfachen Lichtpuls ein- oder auszuschalten.

Die Forscher installieren ein Glasfenster im Schädel des Nagetieres und legen das Mikroskop auf die Oberseite. Dies erlaubt ihnen, beide die neuronalen Muster zu beobachten und sie zu verändern.

In der gleichen Weise, dass das Ausklopfen eines Gens in einem Tier und die Messung der Veränderungen können Sie sehen, welche Rolle das Gen normalerweise erfüllt, ermöglicht diese Technologie Wissenschaftler, mit neuronalen Mustern zu basteln und zu messen, wie sich das resultierende Verhalten unterscheidet.

Zum Beispiel kann das Team die Hirnaktivität während des Wackelns eines Whiskers abbilden. Dieses Muster kann dann wieder in das Gehirn in Form eines Laser-produzierten Hologramms gespielt werden, wodurch die Whisker wackeln. Alternativ können sie die Signale wiedergeben, aber kleinere Elemente ändern, um zu beobachten, welcher Unterschied zum endgültigen Verhalten gemacht wird.

In einer weiteren Reihe von laufenden Tests verwendet das Team Mäuse, die trainiert werden, um einen bestimmten Hebel zu drücken, wenn sie eine bestimmte Form sehen; Sie planen, Hologramme zu entwickeln, die, wenn sie in das Gehirn gefeuert werden, die Maus zum Sehen einer Form führen können, wo keiner existiert.

Zukünftige Anwendungen und technische Herausforderungen

Adesnik hofft, dass sie bald das Gehirn als die Tastatur eines Klaviers behandeln können [...] und schreiben in einer Sequenz von Aktivität, die benötigt wird, um die Gehirnfunktion zu verstehen oder zu korrigieren. " Zunächst wird das Mikroskop überwiegend auf Rattengehirn verwendet; er sagte Medical-Diag.com :

Wir haben im Moment keine Pläne, über Nagetiere hinauszugehen, aber in zukünftigen Kooperationen mit Neurowissenschaftlern, die an nichtmenschlichen Primaten arbeiten, sollte es möglich sein, kognitive Prozesse höherer Ordnung anzugehen."

Die Schaffung des Mikroskops war ein wahres Treffen der Köpfe mit Experten in verschiedenen Bereichen, die zum letzten Stück beitragen. Wie man mit einer solchen innovativen Arbeit erwarten könnte, gab es viele Schwierigkeiten, sich dem Weg zu stellen.

Wann Medical-Diag.com Fragte Adesnik über die technischen Herausforderungen, er erwähnte Probleme mit den optischen Werkzeugen und "überlappe in ihrer Farbempfindlichkeit". Das Team arbeitet derzeit mit Elektroingenieuren bei Berkeley zusammen, um verschiedene Hindernisse zu lösen und das Funktionieren des Mikroskops noch weiter zu verbessern.

Medical-Diag.com Fragte Adesnik, was die weite Zukunft für Geräte dieser Art halten könnte, und er sagte:

Wir arbeiten derzeit mit einem großen Team zusammen, um eine Miniatur-, implantierbare Version des Mikroskops mit mehreren neuen Technologien zu entwerfen. Ein solches Gerät findet Verwendung in der neuronalen Prothetik für Patienten mit Lähmung oder Amputationen, kann aber auch für verschiedene neurologische Erkrankungen nützlich sein."

Im Moment konzentriert sich Adesnik auf die Nagetierarbeit, denn "auch bei Nagetieren gibt es viel Arbeit, um anspruchsvolle mentale Prozesse wie die Verschlüsselung und Speicherung von Erinnerungen zu verstehen."

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