23:00 
Новая революционная технология, совместно разработанная учеными UCL, которая одновременно записывает и манипулирует активностью нейронов глубоко внутри мозга, может изменить наше понимание нейронных цепей и неврологических состояний, таких как болезнь Альцгеймера и шизофрения.
Устройство, известное как Neuropixels Opto и исследованное на мышах, объединяет два мощных, но традиционно отдельных метода – электрофизиологию (изучение электрической активности). живых клеток) и оптогенетика (сочетание генетики и оптики для управления клетками). Они образуют единый зонд, позволяющий беспрецедентно глубоко понять, как функционируют и взаимодействуют отдельные нейроны мозга.
Опубликованная в Nature Methods система позволяет исследователям отслеживать электрическую активность сотен нейронов, а также выборочно активировать или подавлять определенные клетки с помощью света.
Разработанное международной командой под руководством ученых из UCL и Института Аллена (Сиэтл, США), исследование является частью проекта стоимостью 15 миллионов фунтов стерлингов. финансируется Wellcome Trust, Институтом Аллена и другими партнерами, исследующими технологию зондов Neuropixels.
Ученые полагают, что Neuropixels Opto может изменить наше представление о мозге, показав, как отдельные нейроны взаимодействуют в сложных цепях, управляя поведением, восприятием и болезнями.
Мозг обрабатывает информацию посредством сложных моделей электрической активности, при этом миллиарды нейронов обмениваются данными посредством быстрых электрических сигналов.
Понимание того, как эти сигналы вызывают поведение, мышление и болезни, требует инструментов, которые могут как наблюдать, так и влиять на активность нейронов.
До сих пор ученые обычно полагались на отдельные подходы: электрофизиологические зонды для регистрации нейронной активности и оптогенетика для ее контроля. Объединение этих двух возможностей оказалось сложной задачей, особенно в более глубоких областях мозга, где передача света без нарушения чувствительных записей технически сложна.
Neuropixels Opto преодолевает эти ограничения, объединяя обе возможности в одном устройстве, позволяя одновременно измерять и манипулировать нервными цепями".
Маттео Карандини, соавтор, профессор, Институт офтальмологии UCL
Зонд размером меньше человеческий волос
В основе технологии лежит кремниевый зонд, уже человеческого волоса, оснащенный сотнями мест записи, а также микроскопическими излучателями света.
Эти функции позволяют зонду улавливать детальные электрические сигналы от нейронов, распределенных по его длине, обеспечивая при этом точно направленную световую стимуляцию в нескольких участках мозга.
Профессор Карандини, профессор визуальной неврологии в UCL, добавил: «Это делает возможным Впервые мы напрямую проверили, как определенные нейроны влияют на активность окружающих цепей, выявляя причинно-следственные связи между активностью нейронов и функцией мозга.
"Способность как записывать, так и контролировать активность нейронов в одном и том же эксперименте представляет собой значительный прогресс в нейробиологии".
Соавтор, доктор Каролина Соча, научный сотрудник Института офтальмологии UCL, начала использовать эти зонды для исследования функции коры головного мозга – ответственного за это для многих из самых передовых возможностей мозга. Она говорит, что ее исследования на мышах позволили сделать некоторые удивительные наблюдения.
"Выборочно активируя или подавляя определенные типы нейронов, одновременно отслеживая реакцию близлежащих клеток, мы можем начать отображать, как различные компоненты мозга работают вместе, вызывая поведение", - сказала она.
"Мы были удивлены, обнаружив, что активность нейронов в коре может быть удивительно локализована. До сих пор мы думали, что нейроны настолько взаимосвязаны, что не существует способа активировать некоторые из них. без активации многих других. Новые зонды Neuropixels Opto показали, что эти нейроны могут работать не только согласованно, но и независимо друг от друга».
Ожидается, что этот подход поможет решить давние вопросы нейробиологии, в том числе то, как информация обрабатывается в разных областях мозга и как определенные нейронные цепи способствуют восприятию, обучению и принятию решений.
Последствия для изучения заболеваний головного мозга
Технология также может иметь важные последствия. для понимания неврологических и психиатрических состояний.
Многие расстройства, включая шизофрению, болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, связаны с нарушениями взаимодействия нейронов. Предоставляя более четкое представление о том, как функционируют нейронные цепи как в здоровом, так и в болезненном состоянии, Neuropixels Opto может способствовать разработке более целенаправленных методов лечения.
