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” (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, 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 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 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 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, 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 oraz udostępnianie danych zebranych w czasie badań. „W ramach projektu CORVISDEC udało się opracować politykę i mechanizmy zarządzania, które ułatwią tę współpracę. Mój artykuł 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.
Słowa kluczowe
CORVISDEC, mózg, neurony, kora, zachowanie, wapń, obrazowanie dwufotonowe, podejmowanie decyzji, aktywność korowa, International Brain Laboratory
