Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 157: инструмент для прижизненной регистрации нейронной активности

Сегодня у нас пересечение рубрик: «Фронтиры нейронаук» совместно с порталом Indicator.Ru  и  «Нейронауки в Science и Nature», поскольку сначала авторы опубликовали статью в Nature, а потом, через неделю, они доложили исследование на конференции SfN2019 в Чикаго. Видимо, они сами не ожидали, что получится так быстро опублковаться в топовом журнале.

Заветная мечта нейрофизиологов – прижизненное наблюдение за изменениями мембранного потенциала в нейронах бодрствующего млекопитающего, особенно во время разных поведенческих реакций. Недавно на страницах Nature ученые сообщили о создании генетически кодируемого флуоресцентного индикатора напряжения на мембране, который получил название SomArchon. Препринт работы находится в открытом доступе на BioRxiv.

Нейроны коры, гиппокампа и стриатума

Credit: Piatkevich et al, 2019


Какие нейроны активируются при разных поведенческих реакциях млекопитающих? Этот вопрос для нейрофизиологов один из самых важных. И недавно исследователи разработали очередной инструмент для ответа на него – генетически кодируемый флуоресцентный сенсор напряжения на мембране нейронов, который назвали SomArchon.

В сочетании с оптогенетическими подходами он позволяет в течение миллисекунд регистрировать изменения мембранного потенциала, более того, по сравнению с разработанными ранее сенсорами SomArcho nобладает повышенной чувствительностью, позволяет лучше отделять сигнал от шума и, самое главное, одновременно наблюдать за гораздо большим числом нейронов.

С использованием обычной однофотонной микроскопии SomArchon позволяет рутинно анализировать активность приблизительно 13 нейронов одновременно в разных зонах мозга – коре, гиппокампе и полосатых телах – у бодрствующих мышей с фиксированным положением головы. Ученым удалось подробно изучить активность нейронов полосатых тел во время движения у мышей, однако не с помощью инвазивных методов электрофизиологии, а с помощью генетически кодируемого флуоресцентного сенсора.

Более того, благодаря SomArchon исследователи смогли достичь большей точности, чем с использованием распространенных кальциевых сенсоров. С помощью SomArchon нейробиологи также изучали активность нейронов гиппокампа, причем им удавалось регистрировать не только потенциалы действия, но и более слабые, подпороговые ответы нейронов.

Будем надеяться, что SomArchon еще поможет разгадать немало тайн касательно электрической активности нейронов в разных отделах мозга у бодрствующих животных.


Текст: Елизавета Минина

Population imaging of neural activity in awake behaving mice by Kiryl D. Piatkevich, Seth Bensussen, Hua-an Tseng, Sanaya N. Shroff, Violeta Gisselle Lopez-Huerta, Demian Park, Erica E. Jung, Or A. Shemesh, Christoph Straub, Howard J. Gritton, Michael F. Romano, Emma Costa, Bernardo L. Sabatini, Zhanyan Fu, Edward S. Boyden & Xue Han in Nature. Published October 2019,volume 574, pages413–417

https://doi.org/10.1038/s41586-019-1641-1

Нейронауки в Science и Nature, выпуск 144. Классика: так ли вегетативно вегетативное состояние?

Сегодня мы продолжаем нашу традицию рассказывать о самых важных публикациях в истории нейронаук, работах, ставшими классическими. В 2006 году в журнале Science в разделе Brevia…

Нейронауки в Science и Nature, выпуск 90. Как свернулся гиппокамп у черепахи

Кора головного мозга млекопитающих, как известно, включает шесть нейронных слоев – так называемый неокортекс. Cильнее всего он развит у человека. Однако более древние и простые…

Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 102: искусственная регенерация в сетчатке позволила слепым животным увидеть свет

Американским нейробиологам впервые удалось «пробудить» регенеративный потенциал одного из типов клеток сетчатки млекопитающих и обеспечить способность видеть свет слепым от рождения лабораторным животным. Ученые считают,…

Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 103: протеиновые капли для нейронов и иммунитета

Американские исследователи определили механизм формирования и биохимическую роль так называемых протеиновых «капель». Они необходимы для хранения нейромедиаторов в нейронах, а также участвуют в формировании иммунного…

Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 104: как мозг осознаёт время?

Учёные обнаружили сеть нейронов, которая играет ведущую роль в формировании временного восприятия опыта. Статья об этом вышла в журнале Nature. Credit: Норвежский университет естественных и…

Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 105: ещё одна попытка победить спинальную травму

Починить разорванные нейроны спинного мозга можно, вернув их в более молодое состояние, – об этом сообщает исследование, опубликованное в конце августа в журнале Nature. Credit: Sofroniew…

Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 112: что делает каракатиц мастерами маскировки

Головоногие моллюски и каракатицы в частности – настоящие мастера маскировки. Они могут становиться практически незаметными в самых разных местах. Как нервной системе удается управлять этим…

Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 156: первый институт нейронаук на Африканском континенте

Как известно, журнал Nature, одно из самых авторитетных изданий в мире, начинался как научно-популярный журнал, поэтому до сих пор в каждом выпуске есть новости науки…

Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 99: эмоциональность млекопитающих напрямую зависит от строения мозга

Влияют ли размеры мозга и сложность его строения на способность горевать, взялись выяснить итальянские исследователи. Изучив поведение дельфинов и китов, которые могут проявлять чувства по…

Нейронауки в Science Nature. Выпуск 128: мозжечок «открылся» с новой стороны

Ученые сумели выявить прямую связь между мозжечком и частью среднего мозга, отвечающей за наслаждение. Выяснилось, что контакт между ними осуществляется напрямую, а не через кору…

Нейронауки в Science и Nature, выпуск 91. Окно в гиппокамп позволило увидеть, как мозг запоминает пройденный путь

Учёные из Средиземноморского института нейробиологии, входящего во французский Институт исследовательской медицины (INSERM) совершили очень интересное открытие. Судя по всему, им удалось воочию увидеть, как мозг…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 115: магнитно-резонансная томография — игра на повышение

Куда движется отрасль современной нейровизуализации? Конечно, в сторону магнитно-резонансной томографии. Ни один другой метод диагностики не позволяет столь контрастно и детально зафиксировать как внутреннее строение…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 100. Нейростарости: растворимые сенсоры в мозге

Ученые из Медицинской школы Университета штата Вашингтон в Сент-Луисе и инженеры из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейне в 2016 году создали датчики, которые нейрохирурги смогут имплантировать…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 101: структура «главного тормозного рецептора» с атомным разрешением

Быстрое торможение нервных импульсов в нашем мозге осуществляется при помощи специального «тормозного» нейромедиатора, гамма-аминомасляной кислоты (GABA или ГАМК). Основной рецептор ГАМК – это так называемый…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 106: нервная система у растений?

Считается, что специализированная нервная ткань, позволяющая проводить электрические сигналы по всему телу, есть только у животных. Ключевую роль в передаче электрических сигналов играют маленькие молекулы…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 107: как выключить боль от прикосновений?

Нейропатическая боль – хронический, трудно поддающийся лечению синдром, при котором даже легкое прикосновение приносит больным невыносимое страдание. Ученые из детского госпиталя в Бостоне и Национального…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 108: как и зачем в мозге работает подавление шума

В наш мозг встроена функция, позволяющая нам игнорировать повторяющиеся звуковые стимулы, как на примере мышей выяснили исследователи из из Медицинской школы Университета Дьюка и Нью-Йоркского…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 109. Человеческие «нейроны Дауна» в мозге мыши

Исследователи из Имперского колледжа Лондона и Кембриджского университета впервые наблюдали за тем, как растут нейроны и образуются связи между ними после переноса клеток из мозга…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 110: как развивается цветовое зрение (видео)

Большинство исследований, предметом которых было развитие зрения, проводились на модельных животных: мышах и рыбках данио рерио. Только вот основное их отличие от человека состоит в…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 113: как мозг решает, на что обратить внимание?

Биологи из Стэнфорда сообщают в Science о том, что им удалось показать, как мозгу удается вычленить важную информацию в окружающей среде и с ее помощью планировать…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 114: пациентов с параличом конечностей снова научили ходить

Крайне воодушевляющие новости нейрореабилитации поступили из Швейцарии: пациенты с хроническим параличом нижних конечностей, сохраняющимся в течение нескольких лет, благодаря точечной электрической стимуляции спинного мозга научились…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 116: от криоэлектронной микроскопии до синдрома раздражённого кишечника

Американские молекулярные биологи впервые получили трехмерную структуру активированного рецептора серотонина (3А), что позволит создать более эффективные препараты против синдрома раздраженного кишечника и облегчить побочные эффекты…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 117: расшифровка нейронных контуров

Каждое наше действие происходит поэтапно: сначала его надо спланировать, а потом выполнить. Но как связаны нейроны в этом простом, на первый взгляд, контуре? Долгое время…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 118: карта работы генов клеток мозга и новые нейроны

Нейробиологи разработали классификацию генетической экспрессии типов клеток головного мозга мыши и воспользовались ей, чтобы выявить два новых типа нейронов, участвующих в движении. Обе работы –…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 119: изменчивый геном нейронов и болезнь Альцгеймера

В любом учебнике по биологии жирным шрифтом (а иногда ещё и курсивом в придачу) написано, что генетический материал всех клеток многоклеточного организма одинаков, а различия…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 120: как меняется мозг при депрессии и зависимостях

Учёные из Медицинской школы Мэрилендского университета выявили изменения в системе вознаграждения мозга, связанные с депрессией. О своем открытии они рассказали в статье в журнале Nature…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 121: органоиды мозга как модель для понимания генетики аутизма

Сегодня на портале Neuronovosti.Ru – смешение жанров. С одной стороны, рассказ пойдет о свежайшей статье в Science, новый номер которого посвящен нейронаукам, а с другой…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 123: как астроциты нейроны ремонтируют

Несколько лет назад ученые доказали, что астроциты играют роль «утилизатора» поврежденных митохондрий, выделяющихся из нейронов, например, при ишемическом стрессе. Работа группы исследователей из Китая и…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 122: как зона «памяти» контролирует социальную агрессию

Эксперименты с участием мышей помогли ученым раскрыть некоторые «социальные» функции мозга. Исследованиеопубликованов журнале Nature. Клетки зоны CA2 в гиппокампе.  Сredit: Felix Leroy and David H. Brann/Siegelbaum…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 124 Синапсы слабеют ночью

Проведенные в 2016 году исследования дают нам новые представление о ночной жизни синапсов. Обе работы, опубликованные в Science,  демонстрируют значительные изменения в структуре и в…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 125: опиоид без побочных эффектов

Одна из главных проблем современной медицины — это боль. А в борьбе с болью одним из мощнейших средств уже давно стали опиоиды, вещества, которые связываются с опиоидными…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 126: ещё раз о гребневиках или сколько раз возникала нервная система?

Вот уже несколько лет гребневики – двуслойные морские животные, похожие на медуз, но не имеющие стрекающих клеток – не дают покоя нейробиологам и зоологам: имеется…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 127: не хотите болезнь Альцгеймера – не лишайте себя сна

Спите 7-8 часов в сутки и будете здоровы. Эта фраза – не просто совет от специалистов по ЗОЖ, с каждым новым исследованием она обрастает все…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 129: целый мозг в наномасштабном разрешении

Международная группа исследователей создала такую методику микроскопии, которая позволит увеличить мозг до размеров, позволяющих увидеть даже самые мелкие части нейронов без каких либо структурных повреждений…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 130: почему, когда болеешь, хочется спать

Изучив более 12 000 особей дрозофил, ученые из Медицинской школы Перельмана при Пенсильванском университете идентифицировали ген под названием nemuri (от японского nur – сон), который заставляет нас больше…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 131: восстановить память при помощи оптогенетики

Согласно одной из статей в журнале Science за 2016 год, группа нейронов способна одновременно активироваться вспышкой света даже на следующий день после стимуляции единичной клетки….

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 132: как недосып убивает артерии

Тот факт, что хронический недосып сказывается на сердечно-сосудистой системе, было известно давно. Однако молекулярные механизмы, лежащие в основе этого эффекта, долгое время оставались неизвестными. В…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 133: нейронный Оле-Лукойе

Несколько лет назад выяснили, что заставляет наш мозг погружаться в сон и просыпаться. Исследование, проведённое командой из Оксфорда и опубликованное в Nature в 2016 году,…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 134: как антитабачное средство управляет нейронами

Препарат, который помогает бросить курить, может принести пользу и в нейробиологии. Сверхмалые дозы препарата варениклина, судя по исследованию из свежего выпуска журнала Science, смогут при…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 135: раскрыт механизм антидепрессантного действия кетамина

Ученые выяснили, как именно кетамин способствует устранению депрессии. Они показали, что препарат активирует рост дендритных шипиков на нейронах медиальной префронтальной коры в мозге. Считается, что…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 136: жизнь после смерти

Статья, вышедшая вчера в новом номере журнала Nature, буквально всколыхнула общественность: в ней полностью описана методология того, как можно сохранить мозг в жизнеспособном состоянии, как минимум,…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 137: у утят «нашли» абстрактное мышление

Последнее время учёные «открывают» множество животных, которые оказываются «значительно умнее, чем считали ранее». Вот вам пример: когнитивисты из Оксфордского университета добрались и до утят. Исследование, опубликованное…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 138: мелатониновые рецепторы в трехмерном пространстве

Недавно на страницах журнала Nature исследователи, среди которых — наш соотечественник Вадим Черезов, сообщили, что получили трехмерные структуры двух рецепторов гормона мелатонина – одного из главных регуляторов…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 139: как выглядит жажда?

Тело взрослого человека примерно на 70 процентов состоит из воды, а мозг – на все 80. Но откуда такой «жидкий» орган знает, насколько гидратирован организм?…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 140: нейронные механизмы принятия решений

Люди обрабатывают информацию иерархически. Но чтобы оценить причины ошибок или сбоев, необходимо несколько попыток. Для понимания мозговой основы этой стратегии мышления ученые из США записали…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 141: суперзрение глубоководных рыб

Многие животные, живущие в кромешной темноте, полностью или частично утрачивают зрение. Однако некоторые глубоководные рыбы пошли по другой стратегии: в их геномах насчитывается необычно много…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 142: как нервные клетки мозга проникают в опухоль простаты

Нервные волокна, появляющиеся в опухоли предстательной железы, усугубляют течение заболевания. Однако, исследователям ранее не удавалось установить их источник. Последние же работы показали, что это могут…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 143: что заставляет нас чувствовать боль?

«Выключение» островковой коры у мышей, испытывающих болезненные ощущения, привело к снижению реакции на боль. Вместе с этим снизилась способность мышей учиться избегать болевые раздражители. Исследование…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 145: как улучшить рабочую память

Опубликованное в журнале Science исследование посвящено рабочей памяти – временной активации нейронов гиппокампа, которая происходит, например, когда мы совершаем поездку по новому району или вспоминаем, как…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 146: волны в гиппокампе и память

Недавнее исследование, результаты которого были опубликованы в Science, показало ключевую роль определённого вида электрической активности – долговременных остроконечных пульсирующих волн – в клетках гиппокампа для…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 147: коннектом червя, половые различия

Нематода Caenorhabditis elegans– один из самых популярных модельных объектов не только нейробиологов, но и биологов вообще. С помощью этого довольно примитивно устроенного червя ученые смогли разобраться…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 148: рыбий быстрый сон

Исследователи выяснили, что фазы сна, похожие на те, которые есть у млекопитающих, наблюдаются и у рыб. Эта находка говорит о том, что механизмы «сонной» регуляции…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 150: как молекулярная карта гидры поможет восстанавливать нервные волокна.

Гидры – крошечные пресноводные беспозвоночные, известные своей уникальной способностью к регенерации. Буквально из кусочка ее тела может заново вырасти целый организм. При этом все вновь…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 151: новый орган чувствительности. Снова глия

Исследователи из Каролинского института в Швеции идентифицировали новый орган механической и температурной чувствительности в коже. Он реагирует на сильные стимулы, передавая болевые ощущения. Но самое…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 152: как гены нематод помогут справиться с болью

Раньше мы уже писали о препарате, который обезболивает лучше  морфина,   но не вызывает привыкания. На этот раз ученые из Флориды обнаружили гены, которые напрямую влияют…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 153: двенадцать олигодендроцитов

Учёные из Каролинского института (Швеция) обнаружили 12 типов олигодендроцитов в растущем головном мозге мышей. Результаты исследования, опубликованные в Science в 2016 году, могут сыграть важную…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 154: атлас слов в головном мозге

Нейролингвисты из университета Калифорнии в Беркли опубликовали в апреле 2016 года в журнале Nature удивительную статью. При помощи функциональной магнитно-резонансной томографии они составили «языковую карту…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 155: раковые клетки могут «взламывать» нейроны

Сразу три исследования, опубликованные в Nature, описывают способность раковых клеток  «подключаться» к сложным сетям нейронов головного мозга и в буквальном смысле питаться от них. Ученые…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 157: инструмент для прижизненной регистрации нейронной активности

Сегодня у нас пересечение рубрик: «Фронтиры нейронаук» совместно с порталом Indicator.Ru  и  «Нейронауки в Science и Nature», поскольку сначала авторы опубликовали статью в Nature, а потом,…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 17: двести спящих мышей на человека

Мы продолжаем серию статей о нейронауках в самых авторитетных научных журналах – Science и Nature. Сегодня – новая новость: про сон. Cон мышей. Новость Сон…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 18: 50 оттенков Альцгеймера

Индикаторы болезни Альцгеймера, самой распространённой причины слабоумия, – это бета-амилоидные бляшки и внутриклеточные скопления белка тау. Считается, что именно они ответственны за возникающие дефекты в…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 19: от астроцитов к нейронам

Астроциты – это самые многочисленные клетки глии («вспомогательной» ткани нервной системы), более того, они занимают половину всего объема мозга. С каждым годом количество функций, приписываемых…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 20: не будь макакой с низким статусом

Если у вас вдруг появится выбор, кем стать в следующей жизни, мы не рекомендуем вам выбирать вариант «быть макакой с низким социальным статусом». Как и…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 63: вылечить болезнь Паркинсона у макак

Болезнь Паркинсона занимает твёрдое второе место среди нейродегенеративных заболеваний. Во время неё в чёрной субстании мозга гибнут дофаминергические нейроны. Пока что единственный более-менее эффективный метод…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 71: новая глава в отношениях сна и памяти

Используя инновационную технологию NeuroGrid, учёные снова показали, что сон усиливает связь между двумя областями мозга, в которых формируются воспоминания: гиппокампом и корой. Credit: Image courtesy…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 77. Скажи мне где твой друг, и я скажу, где ты

Нейробиологи из RIKEN (Япония) показали новые возможности механизмов пространственной ориентации — активность «системы GPS» крыс способна показать не только положение самой особи в пространстве, но…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 79. Нейростарости: GPS покоя

В 2014 году Нобелевскую премию по физиологии или медицине присудили Джону о’Кифу и супругам Мозерам за открытие так называемых GPS-клеток, которые отвечают за осознавание нашего…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 83: восстанавливаются ли всё же нервные клетки? Часть 1.

Один из самых оживленных дебатов в нейробиологии за последние полвека окружает тему, обновляется ли человеческий мозг, производя новые нейроны на протяжении всей жизни, и возможно ли омолодить мозг,…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 88: внутренний мир клетки

Объединив две существующие технологии обработки изображений, исследователи смогли визуализировать живые клетки в 3D. Теперь они могут хоть сканировать раковые клетки, хоть прослеживать передачу сигнала от…