20010,0,3500,
В Кампусе Исследования Janelia ученый постдиссертации Марк Цембровский, который является частью лаборатории Лидера Группы Нельсона Спрастона, прилагал усилия, чтобы разобрать клеточные, молекулярные, и поведенческие компоненты этого процесса, названного пространственным признанием. Их открытия, описанные 19 апреля в журнале Cell, предлагают новое понимание нейробиологии управляемой памятью навигации.
Основная цель исследования Цембровского – subiculum, субрегион мозга млекопитающих, расположенного в гиппокампе, который играет важную роль в памяти и навигации. subiculum – основная «продукция» для гиппокампа – это посылает сигналы в различные отделы головного мозга через специальный класс нейронов, названных пирамидальными клетками.«Если бы Вы возвратились несколько лет и открыли учебник, то Вы видели бы классическую гиппокампальную схему, это изображалось схематически в течение ста лет, и Вы посмотрите на subiculum, и Вы видели бы, что это маркировало как один регион, с одним типом клетки, делая одну вещь», объясняет Цембровский.
Но, ученые выясняют это, вещи не так просты, как они кажутся.Недавно, исследователи продемонстрировали, что пирамидальные клетки могут показать разнородность в subiculum; другими словами, подклассы этих клеток могут передать различные сигналы в различные области мозга.«Это постулировалось, что у мозга могли быть отдельные пути для местного и глобального [обработка информации], и мы хотели строго исследовать ту гипотезу», говорит Цембровский.
Мозг использует два вида сигналов к навигации – местный (на основе непосредственной окружающей среды) и глобальных сигналов (на основе отдаленных объектов или уникальных идентификаторов пространства). Цембровский и его коллеги хотели понять степень изменения пирамидальных клеток в subiculum и, если они могли бы определить отличные подклассы, связать их с различиями в обработке информации.Стартовая точка для этого исследования была экспериментом, выполненным бывшим партнером лаборатории Цембровского, Остином Грэйвсом. Та работа показала, что пирамидальные клетки показывают два отличных образца увольнения в subiculum – некоторые пронзенные однажды, в то время как другие пронзили во взрывах.
«Это было нашим крюком», Цембровский вспоминает. «Шипы – язык нервной системы, и мы хотели знать, соответствовали ли различные ‘диалекты’ различным подклассам нейронов и если мы могли бы характеризовать те подклассы».Особенности, которыми Цембровский и его сотрудники были заинтересованы включенная возможность соединения (нисходящие мозговые цели), экспрессия гена и электрофизиология (наука позади шипов).Они исследовали пирамидальные клетки в спинной области subiculum – области, связанной с обработкой информации о среде животного – использование многопланового подхода, объединив методы от цитобиологии, генетики, анализа схемы и поведенческой нейробиологии к нолю в на нервных корнях пространственного признания.
«Мы, возможно, изучили это понятие с любой из тех особых точек зрения», говорит Семброукси. «Но власть того, чтобы быть в Janelia – Вы, не должны идти на компромисс – Вы можете сделать их внезапно». Цембровский работал с тремя из команд поддержки Джейнлии – Количественной Геномики, Анатомии и Гистологии, и команды поддержки Вивария – а также проектная группа MouseLight.
Их первый шаг? Прослеживать пути пирамидальных клеток и видеть, можно ли подклассы клеток было бы отличить на основе их нисходящих целей.
Цембровский использовал специальные ретроградные бусинки, которые едут из конца нейрона назад к его исходной точке. Он ввел два цвета бусинок – пурпурный и зеленый цвет – в два различных целевых отдела головного мозга.
Он шел по путям, бусинки поехали назад в subiculum и нашли, что пурпурный и зеленые бусинки приземлились в двух отличных пространственных нишах в спинном subiculum; таким образом, подчеркивая различия в возможности соединения.Как только на клетки нанесли цветную маркировку, Цембровский мог работать с Количественной командой Геномики, чтобы получить упорядочивающие данные, и он нашел, что экспрессия гена зелено-пурпурных клеток поразительно отличалась.Так, неизбежный следующий вопрос был, возможность соединения и различия в экспрессии гена клеток, связанных с их ролями в обработке местных и глобальных сигналов?
Чтобы достигнуть ответ, Цембровский настроил поведенческий эксперимент, включающий мышь, проводящую окружающую среду, которой управляют. Мышь плавает в небольшом бассейне, содержащем непрозрачную воду и затопленную платформу.
Животное узнает, что маркеры, помещенные в расстояние за пределами бассейна, могут использоваться, чтобы оценить его положение относительно платформы. С каждым испытанием мышь проводит на платформу более быстро.Затем работая с командой Вивария Janelia, Цембровский временно заставил один тип замолчать пирамидальной клетки в subiculum мыши.
С только зеленым пирамидальным функционированием клеток, обученные мыши, что ранее с подкладкой пчелы на платформу теперь плавал суматоха. Это предположило, что пурпурные клетки, которые были заставлены замолчать, были крайне важны для сбора и сдерживающей информации о глобальных сигналах, и зеленые клетки обработали информацию только от местных сигналов.Наконец, Цембровский и его коллеги соединили это, зеленые клетки – единственные нападающие и пурпурный огонь клеток во взрывах. «У нас есть много управляемых гипотез о том, что вызывает эти различия в электрофизиологии и как те различия связаны с обработкой информации», говорит Цембровский.Это исследование преобразовывает наше понимание мозговых структур в центре памяти, поведения и познания.
«Это – самая сумасшедшая вещь о нашем исследовании», говорит он. «Мы узнаем, что этот отдел головного мозга – subiculum – варьируется по каждому пространственному масштабу, на который нервная система воздействует – от молекул до клеток к схемам. Но это – просто открытие кроличьей норы», говорит Цембровский.Цембровский разделил некоторые подсказки относительно того, что вперед для него и его коллег: «Мы опознали подозреваемого номер один с точки зрения того, что ответственно за электрофизиологические различия между subiculum пирамидальными клетками, и мы надеемся исследовать это, возможно используя генное редактирование».
Цембровский также хочет продолжить эту работу в полной мере subiculum, чтобы видеть, могут ли они определить дополнительные типы клетки. Кроме того, они надеются провести пространственные эксперименты признания к следующему уровню, используя новую технологию микроскопии, которая могла показать одновременную деятельность в обоих подклассах пирамидальных клеток у свободно движущейся мыши.
«Мы думаем, что это было бы абсолютно феноменально, если бы мы построили окружающую среду, где мы могли одновременно изменить элементы местной и периферической окружающей среды, следя за деятельностью нейронов в режиме реального времени», говорит Цембровский. «Это было бы полностью дико».