Neuroimagerie (IV): Jouer avec la lumière

L'utilisation de la lumière mélangée avec le génie génétique ouvre un monde fascinant de possibilités dans le domaine de la neuroimagerie , autant que des techniques basées sur des électrodes intracranelaes et IRM . Comprend des techniques telles que la protéine fluorescente verte GFP, optogénétique ou neurones qui émettent de la lumière lorsqu'ils sont excités. En outre, une myriade d'appareils et les techniques sont plus proches chaque jour dans un effort pour comprendre nos pensées telles que la reconnaissance faciale, de découvrir des émotions par des gestes ou le ton de la voix.

Génie génétique

Comme son nom l'indique, et une branche de la science, est une société d'ingénierie dont le but est de manipuler le matériel génétique. Les connaissances génétiques n'est permettant le séquençage de différents génomes, y compris l'homme. Le génie génétique est la création de plusieurs organismes génétiquement modifiés qui sont des outils étonnants dans les mains des scientifiques. Déchiffré quelques-uns des mécanismes de base de la génétique, les scientifiques commencent à modifier les organismes comme Lego, en utilisant des outils biologiques qui lui permettent de couper et coller travailler avec nos amis, les virus et les bactéries.

La modification peut être faite dans le génome et donc de produire un individu dans lequel toutes les cellules ont le gène modifié. Mais il peut aussi être fait chez un animal vivant. Il utilise un vecteur, un agent introduit par le nouveau gène dans certaines cellules. C'est le cas des virus, des institutions spécialisées pour changer le code génétique des cellules qu'ils infectent. Nous avons modifié un virus à prendre votre action et ajouter le gène pathogène de notre intérêt. Puis infectées par le virus dans les cellules que nous voulons pour effectuer le remplacement de gènes.

Vert protéine fluorescente GFP

Une méduse émet de la lumière due à une protéine appelée protéine fluorescente GFP verte . Martin Chalfie, Osamu Shimomura et Roger Y. Tsien a reçu le prix Nobel de chimie en 2008 pour son travail avec GPF. Le gène qui produit GPF est isolé et peut être incorporé dans l'ADN d'autres cellules qui deviennent fluorescentes et peuvent être facilement observés par un microscope optique. Nouveau protéines fluorescentes ont été isolés et avec une combinaison d'entre eux peuvent atteindre plusieurs couleurs. C'est ce qui a été fait avec Brainbow qui est venu à la lumière en 2007.

Optogénétique

En 1979, lauréat du prix Nobel Francis Crick a proposé que le défi majeur en neurosciences est la nécessité de contrôler un type de cellules cérébrales, laissant les autres inchangés. Les stimuli électriques utilisés électrodes de stimulation trop grossière et imprécise une grande surface. et les médicaments sont lents et non spécifiques. La solution semble être la lumière.

Optogénétique est un mélange de l'optique et la génétique. Basé sur l'étude des algues, le système semble aussi simple que brillante. Une seule protéine codée par un gène unique comporte deux parties dont chacune remplit une fonction. Une partie de la protéine réagit à la lumière. L'autre est un canal ionique à membrane existe comme dans tous les neurones et sont responsables de l'impulsion électrique ou potentiel d'action. Lorsque la protéine reçoit la lumière, le canal s'ouvre et les feux de neurone. Insertion ce gène dans l'ADN du neurone, le maîtriser à volonté avec des feux clignotants et d'une précision d'une milliseconde. Nous avons également besoin d'une technologie d'émission de lumière en profondeur pour atteindre le fond du cerveau des mammifères se déplaçant librement.

Peut infecter un type particulier de neurone sans affecter l'autre, établissant ainsi un contrôle plus sélectif. Ils commencent aussi à utiliser un mélange de fibres optiques électrodes pour enregistrer l'activité des neurones. De cette façon vous pouvez l'activité électrique enregistrée d'une région tout en nous stimulons l'optique.

Comme cette technique est disponible de nouvelles applications verront le jour. La première est la validation des méthodes existantes. L'IRMf, par exemple, est un paquet avec une analyse complexe. Maintenant en combinaison avec optogénétique pouvez faire une validation croisée des deux techniques. Les études dans les maladies telles que Parkinson, la schizophrénie, l'autisme commence.

Les neurones qui émettent de la lumière lorsqu'il est excité

En utilisant un gène à partir d'un microorganisme de la mer Morte, il est une protéine qui, lorsqu'elle est exposée à des signaux électriques du neurone émet de la lumière, permettant aux scientifiques de suivre la propagation des signaux dans la cellule.

Cela vous permet de remplacer la technique classique de l'implantation de microélectrodes pour enregistrer le comportement d'un neurone (de la même manière, qui remplace microélectrodes optogénétique pour exciter les neurones). Les microélectrodes enregistrer le comportement du point de neurone, mais maintenant vous pouvez aller tout le chemin vers le signal électrique dans le neurone (et dans d'autres neurones). En outre, les microélectrodes causer la mort rapide du neurone qui peut maintenant être vu plus longtemps.

L'utilisation d'électrodes pour exciter et pour mesurer les courants électriques dans le neurone a désormais un concurrent: la lumière. A partir de maintenant vous pouvez exciter les neurones (avec optogénétique) et enregistrer leur comportement avec la nouvelle technique.

Optogénétique exemple de contrôle.

L'objectif est de stimuler ou inhiber chacun de ses neurones individuels comme le ver de libérer tout ce que vous ne pouvez pas utiliser traditionnelle électrodes implantées.

Les neurones du ver Caenorhabditis elegans exprimant des protéines modifiées channelrhodopsin-2 et halorhodopsin. Ces protéines réagissent à la lumière en tournant le ver une Biorobotique. Le neurone est excité si elle reçoit une impulsion de lumière bleue et est inhibée par une impulsion de lumière verte.

L'environnement est encore plus sophistiqué que le ver est libéré, est très faible et leurs mouvements sont très rapides. Les chercheurs ont utilisé un logiciel appelé Colbert (Locomotion Contrôle et comportement en temps réel). Une caméra enregistre la position du ver à un taux de 50 images par seconde avec une précision de 30 microns est en mesure d'estimer la position de chacun des 302 neurones et de les encourager individuellement. Neurones frontal en stimulant l'animal dos et faisant des progrès ultérieurs. L'équipe est encore capable de faire le ver pondent des œufs (voir la vidéo, le cadre 8828)

D'autres méthodes de contrôle de l'esprit

Loin de ce qui est considéré en neuroimagerie, une multitude de nouveaux capteurs qui fournissent un aperçu de ce que nous pensons. Lire l'esprit est quelque chose que nous faisons tous chaque jour avec des gens autour de nous. Hypothèses de ce que nous pensons et nous avions raison pour faire bonne mesure. Le langage non-verbal est un bon indicateur de ce qui passe pour le chef de notre parti: ses gestes, son visage, ses mouvements, ses yeux. Bien sûr, nous avons une bonne idée si la personne utilise la langue que nous parlons et nous dire ce que vous pensez.

Tous ces signes que les humains perçoivent et analysent commencent à être utilisé par les ordinateurs. Bientôt, ils sauront notre humeur par le regard sur votre visage ou le ton de notre voix et apprendre ce que nous sommes intéressés à l'enregistrement du mouvement de nos yeux. Et nous pouvons contrôler l'esprit.