В настоящее время существуют различные технологии, позволяющие получить массу информации о функционировании мозга, его структуре – в частности, магнитно-резонансная томография. Тем не менее, несмотря на все достоинства этой технологии, она позволяет получить лишь достаточно грубую визуализацию тех или иных возбужденных областей. МРТ-технологии не могут показать взаимодействие отдельных нейронов и их групп, формирующих мысли и ощущения. Для этого требуется более тонкий инструмент с очень высоким разрешением.
Именно отсутствие современной прорывной технологии заставляло исследователей изучать простейшие организмы, имеющие в мозге не десятки миллиардов нейронов, как у человека, а всего лишь несколько сотен. Кроме того, ученым приходится применять и некоторые сложные, грубые и откровенно устаревшие методы – например, вживлять электроды для считывания электрических импульсов.
И вот сенсация! Ученым из США наконец-то удалось создать новый инструмент ‒ уникальную технологию, позволяющую воочию увидеть, как нервные импульсы распространяются в тканях мозга.
Особенности созданной технологии
Новая технология, созданная в Массачусетском технологическом институте под руководством профессора Эда Бойдена, обещает стать поистине революционным инструментом, позволяющим наглядно увидеть процессы формирования мыслей и ощущений, оказать огромную помощь в деле изучения причин многих тяжелых заболеваний, связанных с функционированием нервной системы. Новый метод съемки дает намного более полную картину работы структур головного мозга, чем все ранее использовавшиеся способы.
В основе технологии лежит использование специализированного флуоресцентного белка, связывающегося с клеточной мембраной нейронов и реагирующего свечением на электрические нервные импульсы. Именно благодаря свечению белка удается с очень высокой точностью регистрировать возникновение возбуждения и его распространение по нейронным цепям.
Для решения задачи исследователям даже пришлось создать специального робота, который и смог найти подходящий белок более чем из 10 миллионов кандидатов. Робот сам вводил белки в клетки тканей, выращивал их в чашках Петри и анализировал результаты. Для анализа было разработано оригинальное программное обеспечение, позволяющее учитывать местоположение введенного белка, яркость его свечения, устойчивость к различным воздействиям.
Именно роботу и удалось найти белок, которым в ходе первых экспериментов ученые окрасили нервные ткани нематоды Caenorhabditis elegans (ее размер меньше 1 мм) и подопытного грызуна. И уже первые опыты дали потрясающие результаты, экспериментаторам удалось получить очень подробную визуальную картину деятельности мозга.
Отметим, что новая технология может использоваться в совокупности с другими оптогенетическими технологиями, обеспечивающими стимулирование или подавление деятельности отдельных нейронов. Это позволяет определить, как распространяется сигнал от конкретных нейронов.
Имея в своем распоряжении представленную технологию, исследователи теперь хотят составить подробную карту работы всего мозга подопытного грызуна. Полученные данные позволят с высокой точностью выявить нервные цепи и узлы, отвечающие за обработку конкретных стимулов, определить связи между различными областями мозга. Вне всякого сомнения, новый метод исследований позволит существенно повысить уровень знаний о мышлении и формировании ощущений, найти способы борьбы со многими заболеваниями.