Nuestras células cerebrales controlan cada aspecto de nuestras vidas, desde los movimientos que hacemos hasta los recuerdos que formamos. Pero capturar la actividad de las neuronas en forma de impulsos eléctricos no es fácil. El procesamiento de la información ocurre en diferentes escalas de tiempo e involucracambios rápidos en el voltaje, las concentraciones de iones y muchas moléculas de señalización diferentes. En un nuevo estudio publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , científicos de la Unidad de Neuroimagen Óptica de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST, han desarrollado una técnica de imagen que permite mapear la actividad eléctrica en neuronas individuales, en animales que están completamente despiertos. Hasta ahora ha sido undesafío, debido a la delicada estructura de las neuronas y los rápidos cambios en el voltaje.
En la mayoría de los estudios sobre cómo se comunican las neuronas, los científicos registran las señales eléctricas de las neuronas dentro de una delgada porción de tejido cerebral que se mantiene en un plato. En tales experimentos, las neuronas se pueden observar de forma aislada, sin casi ninguna entrada de otras neuronas ".En la técnica de corte cerebral, aprendimos mucho sobre cómo funcionan las neuronas, pero no nos da una idea completa de cómo funcionan las neuronas en los animales vivos, donde cada neurona está conectada con miles de otras neuronas ", explica el profesor Bernd Kuhn, el directorinvestigador del estudio "Ahora podemos superar este problema"
El profesor Kuhn y el Dr. Christopher Roome, investigador postdoctoral en OIST, han utilizado la nueva técnica para registrar la actividad de las neuronas de Purkinje, que se encuentran en el cerebelo, una parte del cerebro que participa principalmente en la coordinación motora.de estas neuronas de Purkinje recibe entradas de unas 20,000 otras neuronas en un ratón y, en comparación, alrededor de 200,000 en humanos.
El secreto del éxito de los científicos fue un tinte naranja llamado ANNINE, que se desarrolló originalmente en el Instituto Max Planck de Bioquímica, Alemania. El profesor Kuhn estuvo involucrado en su desarrollo hace 20 años y desde entonces ha estado trabajando en la optimizaciónde usarlo para imágenes de voltaje. El tinte y la técnica de imagen que lo acompaña permiten a los científicos detectar incluso el más mínimo cambio de voltaje dentro de una neurona.
Para el desarrollo de esta nueva técnica, el bienestar animal tuvo la máxima prioridad, por razones éticas y científicas. Los científicos comenzaron haciendo una incisión muy pequeña en el cráneo para acceder a las neuronas de Purkinje en el cerebro de un ratón y las modificaron genéticamente para producir unLa proteína denominada GCaMP, un tinte verde que rastrea las concentraciones de iones de calcio dentro de una neurona. El Dr. Roome desarrolló una técnica especial para cerrar la incisión realizada previamente, al tiempo que proporciona una ventana para observar la actividad neuronal y aún permitir el acceso a las neuronas a través de un puerto.El puerto hizo posible que los científicos inyectaran el tinte ANNINE sensible al voltaje, una célula a la vez, usando una micropipeta. Las neuronas fueron observadas usando un microscopio de 2 fotones. Este doble etiquetado de neuronas con ANNINE y GCaMP permitemapeando su actividad a través de imágenes simultáneas de las concentraciones de voltaje y calcio. Cuando se activa una neurona, el voltaje dentro de ella cambia en una milésima de segundo.hace que los niveles de calcio dentro de la célula fluctúen, pero cambian entre 10 y 100 veces más lentamente.Entonces, al mapear los cambios de voltaje, los investigadores pudieron detectar diferentes tipos de señales que las detectadas al medir las concentraciones de iones de calcio, que ocurren dentro de una sola neurona.Sobre la base de esta técnica de mapeo de voltaje, el profesor Kuhn y el Dr. Roome estimaron que cada neurona de Purkinje recibe alrededor de 10000 señales por segundo, de otras neuronas.La imagen 2 a continuación muestra las señales como puntos rojos y rayas.
"Este es un estudio de muchas primicias", dice el profesor Kuhn. No solo es la primera vez que se usa un tinte sensible al voltaje para detectar y mapear la actividad de una neurona en un animal despierto, sino que también esla primera vez para obtener imágenes simultáneamente de la actividad eléctrica y la concentración de iones de calcio. "Las grabaciones ópticas de este estudio son la observación más completa de cómo funciona una sola neurona en un animal despierto hasta la fecha", agrega el profesor Kuhn. Los científicos creen que estoLa nueva técnica permitirá a los neurocientíficos aprender cómo funcionan las neuronas, los componentes básicos de nuestro cerebro, en un animal despierto y sensible.
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Materiales proporcionados por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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