В Китае зафиксировали общение нейронов головного мозга с помощью нанокамеры

Одна из величайших загадок неврологии, похоже, наконец-то раскрыта, и ответ появился через призму нанотехнологии. Исследователям в Китае впервые удалось запечатлеть кратчайший контакт между двумя нейронами. молниеносный процесс, который позволяет клеткам мозга взаимодействовать друг с другом. Этот мгновенный «поцелуй» длится всего несколько тысячных секунды, однако он составляет основу всех наших мыслей, воспоминаний и чувств.

Открытие, опубликованное в журнале НаукаЭто работа исследовательской группы из Университета науки и технологий Китая (USTC) и Шэньчжэньского института передовых технологий под эгидой Китайской академии наук. ученые разработала камеру, способную «замораживать» время с интервалом в несколько миллисекунд, фиксируя события, происходящие в наномасштабе, в миллионы раз меньшие, чем миллиметр.

Это достижение положило конец научным спорам, бушующим с 1970-х годов. Нейробиологи десятилетиями спорили о том, как именно нервные клетки выделяют нейротрансмиттеры — химические молекулы, передающие сигналы в мозг. Существовали две основные теории: одна считала, что везикулы, несущие эти молекулы, полностью сливаются с мембраной нейрона, происходит так называемый отростокполный крах». Другая теория, известная как «поцелуй и бегиОн утверждал, что везикулы лишь на мгновение касаются мембраны, так сказать, «целуются», а затем удаляются для повторного использования.

Проблема заключалась в том, что это явление происходит за миллисекунды, быстрее, чем возможности любого микроскопа на сегодняшний день. Таким образом, подтверждение любой теории казалось невозможным.

Чтобы преодолеть это препятствие, Китайские исследователи потратили пятнадцать лет на разработку революционной технологии визуализации.. Они создали электронный криомикроскоп с высоким временным разрешением, способный захватывать изображения клеток, которые были «заморожены» в течение миллисекунд. Эта техника, известная как криоэлектронная томография (крио-ЭТ), позволившая ученым впервые увидеть, буквально в реальном временикак работают нейроны, когда они излучают сигнал.

Объединив эту технологию с оптогенетической стимуляцией, то есть активацией нервных клеток световыми импульсами, исследователи записали более тысячи трехмерных изображений синапсов в мозгу крысы. Каждый кадр раскрывал разные стадии процесса передачи нейромедиатора, что позволило ученым реконструировать весь процесс с точностью до миллисекунды.

Анализ данных выявил нечто еще более поразительное: ни одна из двух старых теорий не была полностью верной. Всего через четыре миллисекунды после стимуляции везикула создает крошечную пору слияния размером около четырех нанометров в момент «поцелуя». Сразу после этого он сжимается, теряя около половины своей поверхности, в фазе «сокращения». В течение примерно семидесяти миллисекунд большая часть везикул высвобождается и перерабатывается, а небольшой процент полностью сливается с мембраной. Исследователи назвали это совокупное явление «поцелуй-сжимайся-беги» — «поцелуй, съежись и беги».

Такой подход объединяет два лагеря, которые находятся в состоянии войны уже полвека. Как объяснил Стелла Хертлиего заместитель директора Наукановая модель показывает, как мозг сочетает в себе скорость и эффективность, не тратя энергию зря. Синапсы не являются ни постоянными, ни полностью обратимыми, а действуют посредством гибкого «гибридного» механизма, который, похоже, усовершенствовался эволюцией.

Помимо решения нейробиологической загадки, новая нанокамера открывает путь для множества других приложений. По данным USTC, эту технологию можно использовать для изучения чрезвычайно быстрых клеточных процессов, таких как проникновение вирусов в клетки или выброс гормонов..

[source]