Protéine embrasé révèle l'activité cérébrale d'animaux
Avec l'aide d'une protéine, les chercheurs disposent maintenant d'une manière plus précise pour voir l'activité cérébrale - droite vers le bas à ce qui se passe dans une seule cellule, dans le cerveau vivant.
Une équipe de chercheurs de l'Institut médical Howard Hughes dans le Maryland a trouvé une protéine qui se lie à des particules de calcium dans le cerveau et change de couleur du vert au rouge comme les cellules du cerveau deviennent actives.
La protéine est appelée Campari, pour "calcium modulé photoactivable intégrateur ratiométrique.) Les ions calcium portent des charges électriques dans le système nerveux, de sorte que leur présence indique si un neurone donné est mise à feu.
Les chercheurs ont essayé de trouver des moyens de suivre exactement quels neurones sont actifs dans un cerveau vivant, mais la recherche a été difficile. Fonctionnelle imagerie par résonance magnétique (IRMf) est une façon de montrer l’activité du cerveau - il est basé sur l'idée que le flux sanguin dans le cerveau correspond à l’activité. Mais la résolution des images faites par IRMf est brut, chaque pixel lumineux représentant des milliers de cellules. En outre, le flux sanguin est pas toujours parfaitement adaptée à l’activité du cerveau; il faut un certain temps pour les vaisseaux sanguins pour réagir à un changement dans l’activité du cerveau, de sorte que les images ne présentent pas l' activité neuronale en temps réel.
Une autre méthode, qui vise à laisser les chercheurs voir l'activité des cellules individuelles, implique des gènes appelés gènes précoces immédiats (PFGE) qui code pour des protéines qui ne sont présents que lorsque les neurones sont actifs. Les chercheurs ont constaté qu'ils peuvent enseigner un animal une tâche, puis regarder à l’intérieur du cerveau de l'animal pour voir lequel de ces protéines sont présentes. Cependant, il faut du temps pour les cellules pour faire les protéines, de sorte que les chercheurs ne sont toujours pas en mesure de voir exactement quand les cellules individuelles sont actives, a déclaré Eric Schreiter, chercheur principal à l'Institut médical Howard Hughes, qui a dirigé la nouvelle recherche.
Une troisième méthode consiste à utiliser des molécules qui se lient au calcium que la lumière quand les neurones sont actifs, mais le problème est que vous devez avoir un microscope formé sur la partie du cerveau que vous voulez. L'animal doit également être retenu de sorte que son comportement est moins naturel.
En revanche, la protéine Campari dans la nouvelle recherche se lie au calcium et réagit immédiatement à une activité neuronale, à l'échelle de millisecondes. Les chercheurs peuvent briller une lumière violette sur l'animal pour obtenir la protéine à briller, il est donc possible d'observer le cerveau des animaux vivant dans l’action. En outre, les scientifiques pourraient utiliser la protéine Campari pour voir exactement quels neurones sont actifs dans un animal de 5 secondes dans une activité donnée, puis à 10 secondes, et ainsi de suite.
Les chercheurs ont mené des expériences en utilisant la protéine Campari chez le poisson zèbre, les mouches des fruits et des souris, selon le rapport. Pour obtenir la protéine Campari dans les cellules du cerveau des animaux, les scientifiques ont utilisé un virus modifié qui produit la protéine une fois qu'il avait «infecté» les cellules. (Le virus n'a pas fait les animaux malades.)
Dans une expérience, l'équipe a mis zebrafish dans l’eau de différentes températures et de la turbulence. Dans un autre, ils ont exposé les mouches des fruits à différentes odeurs, et dans un autre, les souris ont été présentés un film.
Dans chaque cas, l'équipe de recherche illuminé le cerveau des animaux avec de la lumière violette à certains moments. Le Campari rayonnait vert ou rouge, selon le degré d'activité des neurones étaient.
Pour les mouches et zebrafish, les chercheurs ne devaient baigner les animaux à la lumière, que leurs cas du cerveau sont minces et relativement transparente. Pour voir l'activité des cerveaux de souris, les chercheurs ont dû couper une fenêtre dans le crâne de chaque animal.
Schreiter dit que d'autres chercheurs ont effectué des travaux sur les protéines qui se lient à des éléments spécifiques dans les cellules neuronales, et à partir de là, il était un saut court logique de trouver une protéine qui se lie au calcium.
Les chercheurs ont noté que cette protéine ne peut pas être utilisée pour étudier le cerveau humain, parce qu'il requiert un virus à être livré et il n'y a aucun moyen accepté de le faire chez les humains encore.
Mais encore, la méthode est un outil puissant, a déclaré Jerry Chen, chercheur à l'Institut de recherche sur le cerveau de l'Université de Zurich en Suisse, qui n'a pas participé à l'étude. Le nouveau rapport élargit le répertoire de méthodes pour les scientifiques du cerveau, dit-il.
«Cela nous permet d'identifier maintenant les neurones dont l'activité se rapporte à une expérience unique, puis revenir en arrière et étudions ces neurones individuels de plus près pour comprendre comment la mémoire ou [idées] sont codées," Chensaid.
"Il met en quelque sorte ensemble un couple de différentes approches», a déclaré John Guzowski, professeur agrégé de neurobiologie à l'Université de Californie, Irvine, qui n'a pas participé aux travaux. Des techniques comme celui-ci sont plus difficiles à évoluer jusqu'à un plus gros cerveau, at-il ajouté, et il y a la question de la liaison au calcium. Le calcium est l'ion même qui transmet de l'électricité dans le cerveau, et quand une protéine se lie à elle, le calcium ne peut pas transférer la charge. Ainsi, en grandes quantités, quelque chose comme Campari peut réellement interférer avec la fonction normale du cerveau, donc les expérimentateurs futurs devront tenir compte de cela.
Schreiter a reconnu que cela pourrait être un problème. Il a dit que d'autres expériences avec d'autres protéines pourraient révéler des moyens de suivre les produits chimiques spécifiques du cerveau, comme la dopamine, mais l'astuce sera de trouver un qui ne gêne pas trop avec les substances chimiques du cerveau eux-mêmes.