Nieporównywalny z niczym pokaz świateł
Zrozumienie przepływu informacji przez bardzo złożone obwody połączonych ze sobą komórek mózgowych jest zadaniem niezwykle trudnym. Postęp technologiczny umożliwił nam w ostatnich latach niebywały rozwój w tej dziedzinie. Mając wsparcie z programu indywidualnych stypendiów w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (MSCA IF), w projekcie CORVISDEC zastosowano podejście wysokoprzepustowe do śledzenia działań tysięcy neuronów w różnych obszarach mózgu myszy znajdujących się w stanie gotowości. Analizy ujawniły kluczowe percepcyjne, kognitywne i motoryczne aspekty zachowań związanych z podejmowaniem decyzji.
Dwa fotony są lepsze niż jeden
Wapń jest istotnym przekaźnikiem sygnałów w mózgu(odnośnik otworzy się w nowym oknie), wpływającym do neuronów podczas ich aktywacji. Wprowadzenie do neuronów białka, które w obecności wapnia zaczyna przejawiać właściwości fluorescencyjne, ułatwia śledzenie sygnału wizualizowanego następnie przez obrazowanie dwufotonowe. Lauren Wool, badaczka z Instytutu Neurologii Queen Square na University College London(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i jednocześnie stypendystka MSCA, wyjaśnia: „W przeciwieństwie do zwykłej mikroskopii, która wykorzystuje jeden krótkofalowy foton do wzbudzenia cząsteczki wykazującej fluorescencję, w obrazowaniu dwufotonowym stosuje się fotony odpowiadające falom o dużej długości (ze spektrum bliskiej podczerwieni (NIR)). Fotony NIR nie ulegają rozproszeniu, nie doprowadzają do fotowybielenia(odnośnik otworzy się w nowym oknie) białek ani nie niszczą tkanek w aż takim stopniu, a jednocześnie pozwalają uchwycić trójwymiarowe obrazy ukazujące aktywność mózgu w czasie”. Ta nieinwazyjna technika daje naukowcom narzędzia do obrazowania aktywności mózgu w trakcie działań behawioralnych podejmowanych przez myszy. Zebrane dane zostały przeanalizowane i zwizualizowane za pomocą otwartego oprogramowania SuiteP(odnośnik otworzy się w nowym oknie) przez absolwentów laboratorium Carsena Stringera i Mariusa Pachitariu.
Razem, ale osobno – albo i nie
Badania prowadzone w ramach projektu CORVISDEC skupiały się na obserwacji aktywności kory ruchowej podczas wykonywania zadań behawioralnych. Myszy, które obserwowały bodźce wzrokowe prezentowane na ekranie monitora, musiały zapamiętać konsekwencje swoich wcześniejszych zachowań i podjąć działania motywowane nagrodą. Podsumowując, monitorowanie aktywności neuronów w ramach tego wieloaspektowego zadania może stać się źródłem wczesnych wniosków dotyczących tego, w jaki sposób wszystkie te informacje łączą się i wspierają podejmowanie decyzji oraz późniejszy ruch. Dzięki badaniu możemy także odkryć, czy lub w jaki sposób aktywność kory zmienia się, gdy myszy zachowują się dobrze w porównaniu do sytuacji, w których zachowują się źle. Badania przeprowadzone w minionych latach sugerują, że poszczególne obszary, na przykład kora wzrokowa i ruchowa, przetwarzają informacje niezależnie i przekazują je do innych obszarów, jeśli zbieg modalności ma wywołać pojawienie się wyższej funkcji. Wool stwierdza: „Jednym z najbardziej ekscytujących i nieoczekiwanych odkryć poczynionych podczas projektu CORVISDEC było stwierdzenie, że obszary mózgu, które dotąd uważaliśmy za mające jasno określone funkcje, w rzeczywistości okazały się dość niejednorodne i złożone. W korze ruchowej znajduje się znaczna liczba neuronów odpowiedzialnych za reagowanie na bodźce wzrokowe, zaobserwowaliśmy też pokaźną liczbę odpowiedzi na bodźce ruchowe w korze wzrokowej. Do pełnego zrozumienia tego mechanizmu jest jeszcze daleka droga, ale olbrzymie ilości danych, jakie udało się nam zebrać z tysięcy aktywnych jednocześnie neuronów, dają nam niepowtarzalną okazję, by zbadać to zjawisko”.
Połączenia wykraczają poza mózg
Laboratorium Wool, razem z 21 innymi ośrodkami, tworzy Międzynarodowe Laboratorium Mózgu(odnośnik otworzy się w nowym oknie), w ramach którego zaangażowane podmioty współpracują ze sobą, by doprowadzić do zrozumienia działania obwodów mózgowych odpowiedzialnych za przejawianie zachowań złożonych. Celem tej inicjatywy jest między innymi standaryzacja metod neuronauki(odnośnik otworzy się w nowym oknie) oraz udostępnianie danych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) zebranych w czasie badań. „W ramach projektu CORVISDEC udało się opracować politykę i mechanizmy zarządzania, które ułatwią tę współpracę. Mój artykuł(odnośnik otworzy się w nowym oknie) na temat naszej struktury organizacyjnej jako strategii przyszłej współpracy na polu neuronauki i poza nią zostanie opublikowany w grudniu 2020 roku, w czasopiśmie »Current Opinion in Neurobiology«”. Zespół kontynuuje publikację wyników, a naukowcy udostępniają publicznie wszystkie dane, analizy i kod, by móc dalej czerpać korzyści z globalnej współpracy, która może doprowadzić do ujawnienia kolejnych tajemnic mózgu.
