Mózg przezroczysty [Nature Methods]

Naukowcy opracowali nowy odczynnik, który sprawia, że żywe mózgi stają się przezroczyste, to zaś umożliwia ich głębsze, nieinwazyjne obrazowanie – informuje pismo „Nature Methods”.

SeeDB-Live wykorzystuje albuminę – typowe białko obecne w surowicy krwi

.Opracowany przez naukowców z Kyushu University (Japonia) nowy odczynnik o nazwie SeeDB-Live umożliwia powtarzalne, odwracalne obrazowanie żywego mózgu w czasie rzeczywistym. Tkanka mózgowa staje się przezroczysta i aktywność neuronów jest widoczna bez zakłócania ich funkcji.

SeeDB-Live wykorzystuje albuminę – typowe białko obecne w surowicy krwi. Technika ta pozwala naukowcom dostrzec głębsze struktury zarówno w skrawkach mózgu, jak i u żywych myszy, co pozwala poznawać aktywność neuronalną, która wcześniej pozostawała poza zasięgiem badaczy.

„To pierwszy raz, kiedy udało się uczynić tkankę przezroczystą bez zmiany jej biologii” – powiedział Takeshi Imai, profesor Wydziału Nauk Medycznych Kyushu University i główny autor badania. – „SeeDB-Live może utorować drogę do obrazowania głębokich tkanek na żywo, zarówno ex vivo, jak i in vivo” – dodaje pierwszy autor badania, adiunkt Shigenori Inagaki z tego samego wydziału.

Złożone funkcje, takie jak pamięć i myślenie, wynikają z komunikacji w czasie rzeczywistym między komórkami głęboko w mózgu. Zrozumienie prawidłowej dynamiki działania mózgu wymaga obrazowania żywego mózgu.

Aby uzyskać efekt przezroczystości, trzeba ujednolicić współczynnik załamania światła. Światło załamuje się i rozprasza, przechodząc między materiałami o różnych współczynnikach załamania, na przykład w tkance mózgowej. Lipidy i różne składniki komórkowe tworzą drobne niedopasowania, rozpraszając światło i ukrywając głębsze struktury. Dzięki systematycznym eksperymentom zespół Imaia odkrył, że żywe komórki stają się najbardziej przezroczyste, gdy współczynnik załamania światła roztworu zewnątrzkomórkowego wynosi 1,36–1,37.

Gdy to już ustalono, trzeba było znaleźć nietoksyczny sposób osiągnięcia takiego współczynnika, zachowując jednocześnie równowagę osmotyczną, aby komórki nie pęczniały ani nie kurczyły się. Substancje takie jak cukier wymagały wysokich stężeń, które zwiększały ciśnienie osmotyczne i odwadniały komórki.

Ponieważ ciśnienie osmotyczne zależy od liczby cząsteczek, zespół zwrócił się ku dużym, sferycznym polimerom. Ich większy rozmiar oznacza, że potrzeba ich mniej do podniesienia współczynnika załamania światła, co koryguje parametry optyczne bez przeciążania komórek. Jednak pomimo przebadania prawie 100 związków nie udało się osiągnąć celu.

W końcu Inagaki spróbował wykorzystać białka (które zasadniczo też są polimerami). Sięgnął po butelkę albuminy surowicy bydlęcej (BSA), popularnego laboratoryjnego odczynnika krwiopochodnego, który ku jego zaskoczeniu wykazał najniższe ciśnienie osmotyczne przy pożądanym współczynniku załamania światła.

„Testowałem to trzy lub cztery razy, zanim w to uwierzyłem” – wspominał Inagaki. Zawierający albuminę SeeDB-Live sprawia, że wycinki mózgu myszy stają się przezroczyste w ciągu godziny od zanurzenia. Normalne wyładowania neuronalne głęboko w tkance zostały uwidocznione w przezroczystym wycinku mózgu. Po zastosowaniu na żywych mózgach myszy, sygnały fluorescencji z neuronów głębokich stały się trzykrotnie jaśniejsze.

Ponieważ płyn pozakomórkowy oczyszcza się się z SeeDB-Live w ciągu kilku godzin, przezroczystość tkanek powraca do stanu pierwotnego. Jako że metoda ta nie powoduje trwałych zmian, można wielokrotnie obrazować tę samą mysz, aby śledzić aktywność mózgu w czasie.

Nowe metody oceny tkanek [Nature Methods]

.Naukowcy spodziewają się, że SeeDB-Live poprawi obrazowanie głębokiej fluorescencji, co pozwoli zrozumieć funkcje integracyjne mózgu. Może również pomóc w ocenie tkanek 3D i organoidów mózgu w badaniach nad odkrywaniem leków.

Zespół zauważa, że chociaż SeeDB-Live dobrze sprawdza się w przypadku tkanki mózgowej, bariery biologiczne ograniczają dostarczanie do innych narządów, a dostęp do mózgu nadal wymaga dojścia chirurgicznego, co może powodować stres i szkodzić mózgowi. „Uważam, że nie wykorzystaliśmy jeszcze pełni potencjału” – mówi Inagaki, dodając, że przyszłe działania skoncentrują się na mniej inwazyjnych metodach, aby poprawić penetrację, umożliwiając głębsze obrazowanie i lepszą analizę czynnościową aktywności mózgu.

Dla Imai to osiągnięcie stanowi ukoronowanie ponad dekady pracy. Po opracowaniu SeeDB w 2013 roku i SeeDB2 w 2016 roku dla próbek tkanek, wielokrotnie pytano go, czy możliwe jest uczynienie przezroczystymi tkanek żywych.

„To pytanie zadawano mi około stu razy i za każdym razem odpowiadałem »niemożliwe«” – wspomina Imai. „Ale dziesięć lat później jesteśmy tutaj. Kiedy coś wydaje się nieosiągalne, jeśli się nad tym długo zastanawiasz, możesz w końcu znaleźć sposób”.

Mózg może się uczyć w każdym wieku.O tym, że na naukę nigdy nie jest za późno

.„W moim wieku już za późno, żeby uczyć się grać na fortepianie”! „W moim wieku już za późno, żeby uczyć się hiszpańskiego”! Koniec z wymówkami i ze stereotypami! Alice LATIMIER udowadnia, że nasz mózg może uczyć się w każdym wieku. Czego zatem zaczniecie się uczyć dzisiaj?

Wwieku 55 lat Philippe w końcu znalazł czas dla siebie, po tym jak dzieci opuściły dom rodzinny. A może zacząć się uczyć grać na fortepianie? Zawsze o tym marzył. Ale w wieku 55 lat, mówi sobie, nie jestem już w stanie tego zrobić, jestem zbyt stary, a mój mózg nie jest już taki wydajny jak wtedy, gdy miałem 20 lat…

Nathalie ma 30 lat. By uczynić kolejny krok w karierze zawodowej, musi wybrać pomiędzy ofertą pracy w Niemczech, która jej zbytnio do gustu nie przypada, i w Hiszpanii, którą uważa za wspaniałą. Teraz żałuje: „Powinnam była uczyć się hiszpańskiego, gdy byłam w liceum. Dziś jest już za późno na naukę nowego języka”.

Wiele osób doświadcza tego uczucia bycia zbyt starym, żeby uczyć się czegoś nowego. Ale czy jest ono uzasadnione?

Uczenie się jest, w rzeczywistości, czynnością całego życia. Od najmłodszych lat nasz mózg mobilizuje znaczną część swoich funkcji (skupienie, pamięć, widzenie, słyszenie, motoryka…) po to, abyśmy mogli nabywać nową wiedzę i nowe umiejętności. Jakie mechanizmy pozwalają nam się uczyć? I jak się one zmieniają wraz z upływem lat?

Uczenie się jest dynamicznym procesem poznawczym, który przebiega w dwóch etapach: najpierw następuje pozyskanie nowej informacji, a później, jej zmagazynowanie w pamięci. Proces ten zostawia pewnego rodzaju odcisk w naszym mózgu, jako ślad po przeżytym doświadczeniu. A dokładniej, neurony, które uczestniczą w tym doświadczeniu i pozyskaniu nowej informacji zmieniają sposób, w jaki rozmawiają ze sobą: ich połączenia (synapsy) wzmacniają się lub zanikają.

Czasami zdarza się, że dynamika naszych procesów uczenia się prowadzi, po prostu, do eliminacji niepotrzebnych połączeń neuronowych, na rzecz połączeń „pożytecznych”. Mówi się obrazowo o „przycinaniu” synaps (pruning w jęz. angielskim), tak jak robi się z drzewami, które pozbawia się niepotrzebnych gałęzi. Do „przycinania” synaps dochodzi głównie w dzieciństwie oraz w czasie olbrzymiej rewolucji, jaką jest okres dojrzewania.

Zmiany na poziomie neuronów mają związek z tym, czego się uczymy i są szczególnie intensywne w okresie dzieciństwa. Zdobywamy wtedy dużą ilość wiedzy i rozwijamy nowe kompetencje, takie jak widzenie, dotykanie, chodzenie czy mówienie. Te zdobycze odciskają piętno na całym mózgu, ponieważ uczestniczą w procesie transformacji rozmaitych sieci neuronów. Nic w naszym mózgu nie istnieje trwale.

Uczenie się pozostawia zatem w naszym mózgu fizyczny ślad. Ten dynamiczny mechanizm nosi nazwę neuroplastyczności bądź plastyczności mózgu. Odkrycie go przez neurobiologów pozwoliło zrozumieć podstawową rzecz: nic w naszym mózgu nie istnieje trwale.

Gdy się uczymy, plastyczność mózgu pozwala na jego ciągłe modelowanie. Ten mechanizm jest nie tylko stosunkowo szybki, ale też odwracalny. Naukowcy odkryli bowiem, że niektóre regiony mózgu u młodych, pełnoletnich osób, wykazywały znaczne zmiany strukturalne po trzech miesiącach nauki żonglowania, w porównaniu z mózgami osób, które nie uczyły się żonglować. Te zmiany zanikały kilka tygodni po zaprzestaniu nauki. Teraz już rozumiemy, dlaczego artyści cały czas ćwiczą!

Są takie okresy w życiu człowieka, które bardziej sprzyjają niektórym rodzajom uczenia się. Badania w dziedzinie psychologii rozwoju człowieka udowodniły, że w mózgu istnieją „okna czasowe”, odpowiadające okresom, w których mózg posiada szczególną zdolność pozyskiwania informacji z otoczenia. Wiele badań naukowych dotyczyło na przykład akwizycji języka ojczystego Wykazano, że istnieje okno czasowe szczególnie sprzyjające nauce mówienia. Stąd więc bierze się powszechne i niesłuszne przekonanie, że im bardziej się starzejemy, tym trudniej jest nam nauczyć się drugiego języka. Nawet jeśli faktycznie istnieje jakiś kluczowy okres na pozyskiwanie języka ojczystego, to w przypadku drugiego języka nie jest to już takie oczywiste.

Tekst dostępny na łamach Wszystko co Najważniejsze: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/alice-latimier-mozg-moze-sie-uczyc-w-kazdym-wieku-na-nauke-nigdy-nie-jest-za-pozno/

PAP/MB