Оптогенетика используется для картирования связей в головном мозге путем стимуляции отдельных нейронов светом и регистрации ответов соседних нейронов с помощью электрода. Таким образом, ученые спрашивают, вызывает ли стимуляция предполагаемого пресинаптического нейрона ответ в предполагаемом постсинаптическом нейроне, контролируемом электродом. Однако, когда ChR вставляются в нейроны с использованием генетических методов, их экспрессия происходит по всей поверхности нейрона, от дендритов, частей нейрона, которые получают информацию, до аксона, части нейрона, отправляющей информацию.
Тот факт, что экспрессия ChR не ограничивается одним конкретным доменом нейрона, ограничивает информацию, которую исследователи могут собирать и интерпретировать о синаптических связях, поскольку может быть трудно определить, была ли стимуляция ChR генерирована в белке, расположенном в теле клетки этого нейрона, или в терминале аксона или в дендритах других клеток, которые проходят через светостимулированную область.В своей августовской публикации в eLIFE исследователи MPFI, доктор философии Кристофер А. Бейкер. и Маклин Болтон, доктор философии, описали, как они оптимизируют оптогенетические методы для картирования нейронных цепей в головном мозге. В их улучшенном методе используются оптические методы для ограничения световой стимуляции определенной дискообразной формы глубоко внутри живой ткани, в сочетании с генетическим подходом для пространственного ограничения экспрессии ChR в теле клетки и проксимальных дендритах нейронов. Пространственно ограниченная экспрессия ChR позволяет демаскировать синаптические связи от нейронов, чьи клеточные тела расположены близко к дендритам постсинаптической клетки, которые были бы закупорены прямой активацией ChR на ее дендритах.
Более того, он гарантирует, что когда световая стимуляция применяется к конкретной клетке, любые записанные ответы могут быть надежно отнесены к активности этой клетки, а не к стимуляции аксонов или дендритов других клеток, которые случайно проходят внутри светового диска. стимуляция. Этот метод является надежным способом быстрой оценки синаптической связи с разрешением отдельного нейрона, а также предлагает повышенную специфичность для других экспериментов, связанных с оптогенетическими манипуляциями.Будущие направления
По словам доктора Болтона, их цель — построить точные карты, показывающие функциональную связь синапсов, без потери информации, которая ограничивает текущий метод оптогенетики. Оценка нейронных цепей с помощью оптической стимуляции обещает многое рассказать о том, как функционирует нервная система, как она модифицируется опытом и как она нарушается на животных моделях неврологических или психических заболеваний. «Этот оптимизированный метод прост и удобен для реализации с помощью стандартной двухфотонной микроскопии, что открывает множество возможностей для исследований не только в MPFI, но и для всей области нейробиологии», — сказал д-р Болтон.