Картинка дня: «галактика» в мозге новорожденного

Сredit:  ERIN WILLIAMS


Эта поистине космическая картинка, представленная на январский конкурс NeuroArt,  на самом деле представляет собой всего лишь фотографию четырёх изолированных нейронов коры головного мозга новорожденного грызуна. Ядра клеток «светятся» синим после окраски красителем DAPI (популярный нуклеарный маркер, который окрашивает ДНК — 4`,6-диамидино-2-фенилиндол, который приклепляется к связке аденин-тимин), отростки окрашены красным нейрональным маркером, а зеленые точки даёт эндосомальный маркер, который окрашивает эндосомы — захваченные клеткой части внеклеточной среды и ставшие везикулами. Все вместе дает фантастическую картинку, которую сама автор назвала «Галактика».

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Найти цель глазам помогают клетки-мишени в мозге

Каждый день людей просят найти что-то, будь то знакомое лицо в толпе или конкретный дом на улице. И хотя считается, что способность эффективно искать и обнаруживать цели контролируется фронтальной областью мозга, ученые из Университета Западной Вирджинии обнаружили доказательства того, что важную роль в этом процессе также играет медиальная височная доля. В ней содержится не описанный ранее тип клеток — клетки-мишени. Посвященная им работа опубликована в Current Biology.

Credit: Neurosciencenews


Ученые регистрировали активность одиночных нейронов у пациентов с эпилепсией. Они одновременно записывали движения глаз и реакцию нейронов медиальной височной доли и медиальной лобной коры. В это время пациентам на экране показывали изображение, которое нужно найти, а затем массив разных изображений. Испытуемый нажимал на кнопку в случае, если цель поиска присутствовала на экране.

«Во время целевого визуального поиска эти клетки-мишени сигнализируют, является ли элемент, на который смотрит испытуемый, целью текущего поиска. Этот целевой сигнал соответствовал поведению испытуемого: он предсказал, обнаружена ли цель или поиск продолжается», — говорит Шуо Ванг (Shuo Wang), ведущий автор работы.

Ученые отметили, что эти клетки-мишени визуально не «настраивались»: их интересовало не содержание цели, а только то, представляет ли собой объект цель или нет. Этот тип ответа принципиально отличается от областей «выше по течению» – например, нижней височной коры, где клетки распознают визуальный образ и только видоизменяют сигнал в зависимости от того, соответствует ли он цели.

Исследование также показало, что клетки-мишени в фронтальной коре реагируют значительно раньше, чем клетки-мишени в медиальной височной доле. Значит, фронтальная кора может быть одним из источников сигналов «сверху вниз», для которых в процессе распознавания важна реакция в медиальной височной доле.

Ван и его сотрудники проводят дальнейшие работы, чтобы понять, как разные области мозга взаимодействуют друг с другом при обнаружении цели. Это особенно важно для людей с аутизмом, поскольку у них визуальный поиск нарушен. Возможно, в этом виновата патология нейронов-мишеней медиальной височной доли или связь между ними и другими областями мозга.


Текст: Любовь Пушкарская

Encoding of Target Detection during Visual Search by Single Neurons in the Human Brain by Shuo Wang, Adam N. Mamelak, Ralph Adolphs, Ueli Rutishauser in Current Biology. Published June 2018

doi:10.1016/j.cub.2018.04.092

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

РНК-зонд покажет работу нейронных сетей

В последнее десятилетие внимание нейробиологов привлекает не изучение единичных нервных клеток, а исследования особенностей функционирования нейронных сетей. Именно на данном уровне выполняются ключевые функции мозга – обработка, хранение и передача информации. Однако изучение нейронных сетей имеет свои методические сложности. Традиционные методы, например, методы изучения электрической и метаболической активности единичных нейронов не дают представления о структуре (архитектонике) сети и ее функциональных особенностях.

Применение РНК-зондов в сочетании с кальций-чувствительным красителем Oregon Green 488 ВАРТА-1. а – Флуоресценция мРНК-зондов в клетках первичной культуры гиппокампа; б – флуоресценция кальций-чувствительного красителя Oregon Green 488 ВАРТА-1 в клетках первичной культуры гиппокампа; в – суммарное изображение. Масштаб – 20 мкм


Широко распространенные методы, такие как иммуноферментный анализ (ИФА), полимеразная цепная реакция (ПЦР) или классические биохимические методы не применимы для изучения нейронных сетей, поскольку не позволяют проводить эксперименты на живых клетках (требуют фиксации образца) и связаны с разрушением связей между ними.

Учёными Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского впервые в России была успешно применена и оптимизирована для клеток нервной системы методика, которая определяет уровень экспрессии мРНК в живых, активно функционирующих клетках. Данный метод основан на использовании золотых РНК-зондов, разработанных компанией Merck, Германия. Результаты работы опубликованы в издании Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology.

Взаимодействие РНК-зонда с исследуемой мРНК


Благодаря своим малым размерам и исключительным свойствам РНК-зонды легко проникают в клетку и способны флуоресцировать (светиться) при специфичном связывании с мРНК-мишенью. Визуализация мРНК осуществляется с помощью микроскопии и не требует дополнительных манипуляций по подготовке экспериментального образца. По уровню экспрессии мРНК можно судить об активности синтеза белков в клетке, как в норме, так и при воздействии различных стресс-факторов.

По словам директора Института биологии и биомедицины ННГУ Марии Ведуновой, применение РНК-зондов в сочетании с методикой определения метаболической активности нейронных сетей – кальциевым имиджингом – позволило исследовать активность тех клеток сети, в которых синтезируются интересующие исследователя мРНК.

«Например, данный методический комплекс позволил нижегородским ученым продвинуться в разработках новых подходов защиты клеток головного мозга при гипоксии. Данный подход основан на применении нейротрофических факторов BDNF и GDNF. Эти сигнальные молекулы синтезируются в организме человека и регулируют дифференцировку нервных клеток, рост нейрональных отростков, образование контактов между клетками (синапсов)», – отметила Мария Ведунова.

В настоящем исследовании показано, что при гипоксии BDNF и GDNF препятствуют гибели нервных клеток и поддерживают их работоспособность. Были выявлены некоторые особенности молекулярных механизмов действия нейротрофических факторов при гипоксии, а также влияние одного нейротрофического фактора на уровень экспрессии другого.

Таким образом, доказано, что РНК-зонды являются информативной методикой для нейробиологических исследований и открывают новые перспективы для изучения механизмов работы головного мозга как в норме, так и при неблагоприятном воздействии стресс-факторов.


Текст: пресс-служба ННГУ

Applicability of Live Cell Imaging of mRNA Expression in Combination with Calcium Imaging for in vitro Studies of Neural Network Activity

T. A. Mishchenko, E. V. Mitroshina, T. V. Shishkina, T. A. Astrakhanova, M. V. Prokhorova, M. V. Vedunova

Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology

April 2018, Volume 12, Issue 2, pp 170–179

Картинка дня: нейроны, которые тормозят

Credit: McBain Laboratory, NICHD/NIH


Сегодня мы делимся с вами просто красивой картинкой: это тормозные вставочные нейроны (интернейроны) гиппокампа мыши. Просто фотография, сделанная в технике конфокальной микроскопии и размещенная во Flickr-эккаунте Национальных институтов здоровья США (NIH). А если вам интересно почитать то, как устроены нейроны и какими они бывают, вы можете открыть нашу специальную статью о нейронах из цикла «Нейронауки для всех».

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

 

Чем меньше дендритов, тем «умнее» мозг

Корреляцию интеллекта с количеством дендритов нашла международная группа исследователей из США и Германии. Оказывается, чем умнее человек, тем меньше у него отростков и контактов между клетками, что напрямую связано с повышением эффективности, с которой передается нервный импульс. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

На изображении схематично показана плотность нейронов, связанная с низким или высоким IQ и меньшим или большим объемом коры. Credit: Rex E. Jung et al. / Nature Communications.


С помощью специальной методики, которая позволяет изучить нейрональные связи на микроструктурном уровне – визуализации разброса ориентации и плотности отростков нервных клеток (один из методов диффузионно-тензорной томографии) – ученые проанализировали мозг 259 человек. Все испытуемые также прошли модифицированный тест IQ.

Оказалось, что у тех добровольцев, чем результат теста на интеллект оказался выше, в мозге содержалось и меньше дендритов – отростков нейронов, которые образуют контакты с другими нервными клетками. Более того, тот же результат исследователи обнаружили и после анализа мозга 500 человек, прошедших сквозь проект Human Connectome.

Интересно, что в других исследованиях, где оценивалось соотношение белого и серого вещества мозга, показывали, что у более умных людей (во всяком случае согласно специальным интеллектуальным проверкам) толщина коры в лобно-теменной области была несколько выше. Также в работах, где испытуемые выполняли разные задачи на интеллект прямо во время функциональной МРТ, выявлялась при этом более низкая активность мозга, нежели у тех, кто не обладал «выдающимися» интеллектуальными способностями.

Результаты нынешнего исследования показывают, что нейрональные сети, связанные с умом, организованы более редко и эффективно, то есть количество «лишних» отростков и связей в них максимально снижено. А это способствует более направленной обработке информации и меньшей активности коры в процессе рассуждений.


Текст: Анна Хоружая

Diffusion markers of dendritic density and arborization in gray matter predict differences in intelligence by Erhan Genç, Christoph Fraenz, Caroline Schlüter, Patrick Friedrich, Rüdiger Hossiep, Manuel C. Voelkle, Josef M. Ling, Onur Güntürkün & Rex E. Jung in Nature Communications. Published May 2018.

doi:10.1038/s41467-018-04268-8

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Cтареющие митохондрии нейронов

Credit: Salk Institute


На этой микрофотографии зелеными точечками на серых нитях показаны митохондрии стареющих нейронов головного мозга человека. Мы видим, что здесь — пунктир из отдельных точек, а не связанная сеть митохондрий. А значит, судя по всему, недостаток выработки энергии митохондриями вносит свой вклад  в развитие «возрастных» болезней головного мозга. Учёные из Института Солка опубликовали статью о митохондриальном старении нейронов в журнале Cell Reports.

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Картинка дня: нейроны биполярного расстройства

Credit: Salk Institute


На этом снимке белым и красным показаны нейроны, культивированные от пациента с биполярным расстройством. Исследователям из Института Солка удалось найти разницу в свойствах нейронов тех пациентов, которые отвечают на терапию препаратами лития и тех, которые не отвечают. Подробности — на неделе.

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Картинка дня: колесо судьбы нейрона

Credit: Helmholtz Zentrum München


Это размытое изображение, похожее на колесо со спицами — на самом деле — момент истины для нейральной стволовой клетки. Как показали исследования специалистов из Центра Гельмгольца в Мюнхене, на то, чем станет стволовая клетка в головном мозге (красное пятно в центре), влияет поток спинно-мозговой жидкости и так называемые эпендимальные клетки (само колесо со спицами, зеленое). Некоторые ученые выделяют эти клетки из глии вообще, некоторые — включают в макроглию. Эпендимальные клетки  напоминают однослойный эпителий, лежат на базальной мембране и имеют кубическую или призматическую форму.

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

 

Клетки «неожиданности»

Credit: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST)


Эти клетки, которые находятся в полосатом теле — структуре мозга, контролирующей движения и мышечный тонус — могут заставить нас остановиться и резко сменить траекторию или тактику движения. Именно из-за их правильной работы мы можем в доли секунды среагировать, нажать на тормоз, остановиться перед светофором, когда зажигается красный, и сделать другие действия, которые мы, возможно, делать не планировали, но этого от нас потребовал текущий момент.

Исследователи выяснили, что холинергические интернейроны (CINs, красные) постоянно генерируют потенциал действия, но как только возникает необходимость какого-либо резкого шага, в их работе возникает пауза, которая воздействует на средние проекционные шипиковые нейроны (SPNs, зеленые), в свою очередь, запускающие необходимые для смены поведения нейрональные сети в других областях мозга.

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

Картинка дня: нейроны запаха

Credit: Claire Cheetham, Ph.D., University of Pittsburgh/Carnegie Mellon University


Перед вами — обонятельные нейроны (фиолетовый), которые передают сигнал от рецепторов в  носу непосредственно в мозг. Как раз эти соединения с другими нейронами обонятельной луковицы (синий и жёлтый) и показаны на фотографии. Эти нейроны постоянно умирают и заменяются новыми на протяжении всей жизни человека.

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.