Миллиарды нейронов обмениваются информацией, посылая электрические импульсы по длинным разветвленным структурам, называемым аксонами. Когда электрический сигнал достигает конца аксона, он не может преодолеть крошечный зазор до следующей клетки, известной как синапс. Вместо этого сигнал запускает высвобождение в синапс химических посредников, или нейромедиаторов. Глутамат, наиболее распространенный нейромедиатор в мозге, особенно важен для памяти, обучения и эмоций. Когда глутамат достигает следующего нейрона, он может вызвать его активацию и передачу сигнала дальше.

Этот процесс напоминает цепную реакцию, но гораздо сложнее. Каждый нейрон получает входные сигналы от тысяч других, и только определенные комбинации и паттерны этих входных сигналов активируют принимающий нейрон. Благодаря новому белковому сенсору ученые теперь могут определить, какие паттерны входящих сигналов приводят к активации нейронов, сообщает Scitech Daily.

Белок, разработанный учеными из Института Аллена и Медицинского института Говарда Хьюза, — молекулярный «индикатор глутамата» (iGluSnFR4). Он достаточно чувствителен, чтобы обнаружить самые слабые входящие химические сигналы, которыми обмениваются нейроны.

До сих пор наблюдение за этими входящими сигналами в живой ткани мозга было практически невозможно. Более ранние технологии были либо слишком медленными, либо недостаточно чувствительными для измерения активности в отдельных синапсах. В результате исследователи могли видеть лишь фрагменты нейронной коммуникации, а не полный обмен данными.

Выявляя, когда и где высвобождается глутамат, iGluSnFR4 предлагает новый способ интерпретации сложных паттернов активности, которые поддерживают обучение, память и эмоции. Теперь исследователи могут наблюдать за взаимодействием нейронов внутри мозга в режиме реального времени, а не делать косвенные выводы об их активности.

Результаты исследования могут существенно изменить методы измерения и анализа нейронной активности в нейробиологических исследованиях. Открытие имеет важное значение для лечения нейродегенеративных заболеваний. Аномальная передача сигналов глутамата связана с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера, шизофрения, аутизм и эпилепсия. Инструменты, позволяющие точнее отслеживать эти сигналы, должны помочь понять, что именно нарушается при этих расстройствах.

Ученые из США обнаружили в этом году, что необходимое для поддержки здоровья самообновление клеток также способствует росту рака. Оказалось, что остановить этот ошибочный процесс можно воздействием на головной мозг — деактивируя определенные переключатели.