Desde que los científicos comenzaron a estudiar el cerebro, han preguntado si la biología que observaron realmente puede estar vinculada a comportamientos externos. Los investigadores están construyendo una comprensión sustancial de las interacciones biofísicas, moleculares y celulares de las neuronas, pero relacionando directamente esas interacciones con el exteriorel comportamiento es un desafío continuo en el campo. "Las propiedades biofísicas de las neuronas son bastante conocidas", dijo Hyungbae Kwon, Ph.D., Líder del Grupo de Investigación en el Instituto Max Planck de Florida para la Neurociencia MPFI.No sé bien cómo estas conexiones y comunicaciones desencadenan nuestro comportamiento ".
Esta es la pregunta ambiciosa que el Dr. Kwon y su laboratorio se proponen responder mirando el cerebro de una manera completamente nueva. En un estudio publicado en la revista Biotecnología de la naturaleza en junio de 2017, Dongmin Lee, Ph.D. y Jung Ho Hyun, Ph.D., investigadores posdoctorales en el Kwon Lab, describen una nueva herramienta que han desarrollado para identificar y controlar las neuronas. La nueva técnica,llamado Calcium and Light-Induced Gene Handling Toolkit o "Cal-Light", permite a los investigadores observar y manipular las actividades neuronales subyacentes al comportamiento con una especificidad nunca antes vista, con suerte permitiendo a los investigadores identificar la causalidad entre la actividad neuronal y el comportamiento.
Hasta ahora, los investigadores que querían observar la actividad neuronal en tiempo real a menudo usaban una técnica llamada imágenes de calcio. La técnica aprovecha el hecho de que las neuronas activadas reciben una entrada de calcio. Etiquetar los iones de calcio con tinte fluorescente producees más fácil verlos disparar en tiempo real, pero no los vincula a poblaciones neuronales específicas.
Basándose en las imágenes tradicionales de calcio y las técnicas optogenéticas recientes para manipular la actividad neuronal, el sistema Cal-Light vincula la expresión de genes fluorescentes con actividad y luz. Las neuronas solo fluorescerán si se disparan y un investigador les arroja una luz especial.Si el investigador apaga la luz, las neuronas dejarán de fluorescer, aumentando considerablemente la relación señal-ruido y la especificidad temporal. Una vez que los investigadores identifiquen una población de células implicadas en una actividad particular usando Cal-Light, pueden usar la optogenética para manipularesas células. Esto les permite diseccionar comportamientos de una manera increíblemente precisa y posiblemente incluso ayudar a desarrollar evidencia de relaciones causales.
Para demostrar que la técnica Cal-Light es efectiva, el grupo del Dr. Kwon la probó primero en cultivo celular y luego in vivo en un modelo de ratón. En el modelo, el equipo utilizó la técnica para identificar, etiquetar y manipular unpoblación de neuronas en la corteza motora que disparó cuando un ratón empujó una palanca para recibir una recompensa en respuesta a un estímulo. Una vez que las neuronas de interés fueron identificadas y etiquetadas, su equipo presentó el estímulo al ratón mientras inhibía optogenéticamente el grupo de neuronasCuando las células fueron inhibidas, el ratón ya no presionó la palanca, lo que demuestra que la actividad de estas células era necesaria para que el ratón llevara a cabo el comportamiento.
Esta técnica recientemente desarrollada brinda una oportunidad sin precedentes al etiquetar las neuronas que controlan acciones específicas y proporciona medios para controlarlas. Según el Dr. Kwon, "La técnica Cal-Light ofrece la oportunidad de diseccionar los circuitos neuronales que subyacen comportamientos complejos, sensación,y cognición e introduce una nueva forma de abordar preguntas complejas en neurociencia "
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Florida para la Neurociencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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