Ein Forschungsteam am Worcester Polytechnic Institute (WPI ) und der Rockefeller University in New York hat ein neuartiges System zur Bildhirnaktivitätin mehreren wach und ungezwungen Würmer entwickelt. Die Technologie, die es ermöglicht, die Genetik und der neuronalen Schaltkreise mit Tierverhalten assoziiert zu studieren , kann auch als ein Hochdurchsatz- Screening-Tool für die Medikamentenentwicklung Targeting Autismus , Angst eingesetzt werden , Depression . Schizophrenie Und andere Störungen des Gehirns .
Das Team Details ihrer Technik und erste Ergebnisse in der Online- im Vorfeld der Print durch die Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht Papier " Hochdurchsatz- Bildgebung neuronaler Aktivität in Caenorhabditis elegans " .
"Eines unserer wichtigsten Ziele ist es, die Nervensignale , die das Verhalten leiten zu verstehen - wie sensorische Informationen werden über ein Netzwerk von Nervenzellen , die zu bestimmten Entscheidungen und Reaktionen verarbeitet ", sagt Dirk Albrecht , PhD , Assistant Professor für Biomedizinische Technik an der WPI und leitende Autor des Papiers. Albrecht führte das Forschungsteam sowohl in WPI und an der Rockefeller , wo er zuvor als Postdoktorand im Labor von Cori Bargmann , PhD, ein Howard Hughes Medical Institute Investigator und ein Co-Autor der neuen Papier.
Um die neuronale Aktivität zu untersuchen , verwendet Albrecht Labor die winzigen Wurms Caenorhabditis elegans ( C. elegans ) , ein Fadenwurm in vielen Umgebungen auf der ganzen Welt gefunden. Eine typische Erwachsenen C. elegans ist nur 1 Millimeter lang und hat 969 Zellen, von denen 302 Neuronen. Trotz seiner geringen Größe ist der Wurm ein komplexer Organismus in der Lage, all die Dinge, Tiere müssen tun, um zu überleben . Es kann sich bewegen , essen, Mate und verarbeiten Umweltreize , die es für die Futtersuche oder reagieren auf Bedrohungen zu helfen. Als Bonus für Forscher, ist C. elegans transparent. Durch die Verwendung von verschiedenen bildgebenden Verfahren , einschließlich optische Mikroskope , kann man buchstäblich in den Wurm zu sehen und beobachten physiologische Prozesse in Echtzeit.
Zahlreiche Studien haben durch "Wurmlabors" rund um die Welt zu erkunden verschiedenen neurologischen Prozesse in C. elegans getan. Diese haben in der Regel mit Hilfe einer Schnecke zu einem Zeitpunkt durchgeführt worden ist, mit dem Körper des Tieres fixiert auf einer Folie. In ihrer neuen Papier, Details Albrecht -Team , wie sie abgebildet wird , aufgezeichnet und analysiert spezifische Neuronen in mehreren Tieren wie sie ihren Weg rund um einen maßgeschneiderten mikrofluidischen Array entwurmt , genannt eine Arena , wo sie günstig oder feindlich sensorische Hinweise ausgesetzt waren .
Genauer gesagt, das Team entwickelt eine Belastung von Würmern mit Nervenzellen in der Nähe der Spitze , die leuchten würde , wenn sie Nahrungsmittelgerüche abgetastet. In Experimenten mit bis zu 23 Würmer in einer Zeit , Albrecht Team infundiert Impulse anziehende oder abstoßende Gerüche in die Arena und beobachtete, wie die Würmer zur Reaktion gebracht. In der Regel bewegt sich die Würmer in Richtung der positiven Gerüche und weg von den negativen Gerüchen , aber die Verhaltensweisen haben dieses Muster nicht immer folgen . " Wir konnten zeigen, dass die sensorischen Neuronen reagierten auf die Gerüche auf ähnliche Weise in allen Tieren , aber die Verhaltensreaktionen unterschieden sich signifikant ", so Albrecht . " Diese Tiere sind genetisch identisch , und sie sind in der gleichen Umgebung zusammen aufgewachsen sind , so dass , wenn Sie die unterschiedlichen Möglichkeiten her? "
Neben der Beobachtung der Kopfnervenzellenleuchten , als sie abgeholt Geruch Cues, das neue System zu verfolgen Signalgebung durch " Inter . " Das sind Wege, die externen Sensoren eine Verbindung zum Rest des Netzes (der " Wurm Gehirn" ) und senden Signale an die Muskelzellen , die der Wurm- Bewegung auf der Grundlage der Signale anpassen. Zahlreiche Störungen des Gehirns bei Menschen sind vermutlich bei neuronalen Netzen Fehlfunktionen auftreten. In einigen Fällen kann die Störung ist dramatisch Reaktion zu einer Routine Stimulus , während in anderen Fällen ein Mangel an geeigneten Reaktionen auf wichtige Hinweise ist . Da C. elegans und Menschen teilen viele der gleichen Gene , entdecken genetische Ursachen für die unterschiedlichen neuronalen Antworten in Würmer könnten für Mensch zu sein Physiologie . Experimentelle Verbindungen entwickelt, um die Wirkung von Nervenzellen zu modulieren und neuronalen Netzen kann zuerst auf Würmer mit neuen System Albrecht getestet werden. Die Verbindungen sind in der Schnecke Arena infundiert werden , zusammen mit anderen Stimuli , und die Reaktion des Nervensystems der Würmer könnte abgebildet und analysiert werden kann.
" Die Basis unserer Arbeit ist es, Biomedizintechnik zu verbinden und Neurowissenschaften um einige dieser grundlegenden Fragen zu beantworten , und hoffentlich einen Einblick , die von Vorteil für das Verständnis und die Behandlung von menschlichen Erkrankungen schließlich würde ", sagte Albrecht .