新技术有助于解释为什么明亮的光线让我们清醒

在最近的几十年里,科学家们已经学到了很多关于不同的神经元相互连接并发送信号。但它是很难跟踪单个神经纤维的活动称为轴突,其中一些可以扩展从脚趾到头部。如何理解这些联系是重要的大脑接收和响应信号从身体的其他部位。

索尔克研究所和加州大学圣地亚哥分校的研究人员报告新颖的技术跟踪这些联系和确定神经元沟通。研究小组用这种技术来揭示大脑如何响应的详细信息光信号收到了老鼠的视网膜,10月15日出版,2019年细胞的报道。

“这项研究是一个突破,因为没人能弄清楚如何研究这些连接之前,”索尔克教授Satchidananda说熊猫的共同通讯作者的论文。“这新技术使我们超越了电子显微镜的局限性。”

新方法利用几种不同的实验室技术理解一种叫做内在光敏视网膜神经节细胞的神经元(ipRGCs)。这些细胞,分布在视网膜上,后面的眼睛,表达蛋白称为黑视素感官蓝色的光。

沙克和加州大学圣地亚哥分校团队利用病毒蛋白质称为mini-singlet能造点儿氧气ipRGCs (mini-SOG),这样的细胞就可以被选举显微镜下详细。系统旨在使mini-SOG的膜光敏感的细胞,所以整个神经元,包括其长轴突伸出大脑的不同部位,可以很容易地跟踪光和电子显微镜下。

“感谢开发和应用多尺度相关的新基因探针光和电子显微镜成像,沙克和UCSD-based研究团队能够跟随小流程来自神经细胞在厘米,从视网膜到多个地方连接到大脑区域的关键昼夜节律、眼反射和愿景,”马克说Ellisman,著名的加州大学圣地亚哥分校的神经科学教授和兼职教授索尔克,共同工作。“我们能够获得前所未有的三维信息所需的机械这些神经细胞信号下一个神经元的复杂电路。”

大多数以前的工作与mini-SOGs细胞系,并使用他们在老鼠身上,地图如何从视网膜神经元连接的大脑,是一个第一,根据研究人员。的方法使他们能够收集新信息ipRGCs和大脑的不同部分之间的连接。

ipRGCs被连接到许多大脑区域控制非常不同的任务。的细胞告诉大脑的一部分是多么明亮之外,这样我们的学生可以迅速近战的不到一秒。同样的ipRGCs也连接到主时钟的大脑调节睡眠周期。“然而,这需要几分钟的亮光让我们完全清醒,“熊猫说。“同一ipRGCs如何做这些非常不同的任务有不同的时间尺度直到现在还不清楚。”

调查人员发现,区别与光线检测到视网膜的方式到达大脑。通过交付mini-SOG老鼠的眼睛,他们能够跟踪信号的一部分大脑能够收缩的瞳孔反应。

“这些连接stronger-similar水涌出花园软管,“熊猫说。“而ipRGCs之间的连接和主时钟weaker-more像滴灌”。因为ipRGCs实现光信号通过这个慢滴系统生理中心,任何有意义的信息则需要更长的时间到达和重置大脑时钟。

“这项研究有助于解释为什么,当你在晚上起床喝一杯水,把灯打开几秒钟,你通常可以回来睡觉,“熊猫说。“但是如果你听到一个声音,最终走在你的房子外面半个小时的灯,它是更加困难。会有足够的光信号到达主时钟神经元在大脑中,最终唤醒大脑的休息。”

熊猫说,这项新技术将被用于研究其他神经连接,当研究人员可以使用相同的病毒表达mini-SOGs在任何神经元和问不同的神经元如何连接到不同的附件。

“这些发现和方法打开新的机遇大脑研究人员研究大脑在正常的长途线路和在人类疾病动物模型,“Ellisman补充道。