Ki-kivel van? Az agyi kapcsolatok felderítésének módszerei II.

2022. november 18. péntek

Van ám a pályajelölésnek egy harmadik módja is: a transzneuronális jelölés, azaz amikor a jelölés nem áll meg egy idegsejtnél, hanem annak célsejtjeit is megjelöli a szinapszisokon keresztül hatolva. Ezzel a módszerrel egész kapcsolat láncolatokat lehet feltérképezni. Igazából már a Waller féle axonelvágásos módszer is tudott így működni. Ugyanis, ha egy idegsejt elveszti bemeneteinek nagy részét akkor elpusztul és kisvártatva azok az idegsejtek is elpusztulnak, akiknek első sejtünk küldte volna az ingerületet (ha nem kaptak máshonnan számottevő bemenetet). Tehát ha van egy pályánk, ami meghatározó bemenete egy rendszernek akkor így az egész rendszer felépítése követhető, ha egyre későbbi időpontokban megnézzük hol tart a pusztulás az agyban.

A másik idegsejteken végig-ugráló jelölőanyag a veszettség vírusa. A veszettség egy lassan, de könyörtelenül előretörő betegség. Amikor egy rókát egy másik veszett róka megharap, akkor a sebben végződő idegrostokon keresztül bejut a vírus az érző idegsejtekbe. Itt megindul a vírus szaporodása, majd amikor a sejt elpusztul a kiszabaduló vírusrészescskéket felveszik az adott agyi területre vetítő axonok, visszaszállítják a vírust sejttestükbe és a ciklus kezdődik elölről. Néhány naponta egy-egy újabb ugrással egyre nagyobb részei fertőződnek meg az agynak, mígnem az életfontosságú rendszerek leállásakor az állat elpusztul. Ez a lépcsőzetes ugrálás az oka annak, hogy a veszett állat viselkedése folyamatosan változik. Kerüli a fényt, kerüli a vizet, nem tud aludni és éjszaka is mozog, túlságosan barátságossá válik, majd agresszívan támadó és harapós lesz. [Itt jegyzendő meg, hogy a vámpíroknak tulajdonított tulajdonságok legtöbbje jellemző a veszett állatokra. Drakula gróf korában valószínűleg egy különösen erős veszettség járvány lehetett Erdélyben].
Persze épeszű kutató nem fog a veszettség eredeti vírusával dolgozni. De itt jönnek a már a sejtösszeköttetéseknél megjelent modern technológiák. Géntechnológiai eljárásokkal a veszettség vírusának rokonait és más vírusokat is alkalmassá tettek arra, hogy pályakövető eljárásokra lehessen őket használni. Az eljárások során a vírus genomjából kitörlik a korlátlan szaporodáshoz szükséges géneket, illetve további biztonsági mechanizmusokat építenek be. Az így módosított vírusokat egy adott agyterületbe juttatva elérhető, hogy csak bizonyos sejttípusok által alkotott pályákat is lehessen vizsgálni. Sőt, a vírusok tudnak egy szinapszisnyit is ugrani, tehát megvizsgálható, hogy mely agyterületek mely sejtjei létesítenek kapcsolatot azokkal a sejtekkel, akik épp az általam vizsgált területre vetítenek.

 

Egér agyának különböző síkokban készített metszetei. A piros foltok azokat az agyterületeket jelölik ki amelyeknek idegsejtjei információt küldenek a jutalom érzékelésében fontos agyterületbe, a striátumba. Az alsó sorban a felül bekeretezett részletek vannak kinagyítva. A sejteket módosított veszettség vírussal jelölték meg.

 

Bonyolult, de hasznos... és körülményes, mert még ezekkel a legyengített vírusokkal is csak speciálisan felszerelt laborokban, megfelelő képzés, védőoltások és engedélyek birtokában lehet csak dolgozni.


De a pályajelöléshez nem kell feltétlenül vírusokat használni. A különböző színű fluoreszcens fehérjéket a vetítő pályarendszerekben is ki lehet fejezni. Sok színt használva felderíthetjük egy adott terület mely területektől kaphat bemenetet (konvergencia) illetve egy terület mely területekre ad kimenetet (divergencia).

 

MRI of the brain using Diffusion Tensor Imaging (DTI) analysis. : r/picsÉs végül a nagy agyi pályarendszerek követésének leggyorsabb és legmodernebb módja a „diffusion tensor imaging” amely az MRI scannerek speciális használatával és képfeldolgozási módszerek segítségével állapítja meg merre futnak a nagy agyi pályák. A működési alapelve igen szellemes. A hosszú agyi pályarendszerekben futó axonokat többszörösen feltekeredett gliasejt sejthártya hüvelyek veszik körül, hogy az axonok elektromosan szigeteltek legyenek és ezáltal a jelterjedés felgyorsuljon. Úgy néz ki, mintha egy seprűnyélre jónéhány réteg csomagoló fóliát tekernénk. Ez az elrendezés azt eredményezi, hogy a sejtekben található víz a seprű (axon) hossztengelyében irányában könnyebben mozog, mint arra merőlegesen. A mérés során egy időpillanatban elektromágneses sugárzással gerjesztik a vízmolekulákat, majd egy kicsivel később megnézik, hogy épp hol vannak a gerjesztett molekulák. A vízmolekulák elmozdulása alapján ki lehet számolni milyen irányba futnak az adott agyterületen a rostok, ezáltal a pályák haladásának irányát fel lehet térképezni. Bár a dolog igen népszerű manapság az agy összeköttetési rendszereit, a konnektómot, vizsgáló elméleti szakemberek között, van egy szépséghibája! Nem tudja megmondani a rostkötegben merre áramlik az információ, hiszen a vízmolekulák az axon tengelyében mindkét irányban elmozdulhatnak, akár az akciós pontenciál terjedésével ellentétes irányba is. Szerencsére az agyterületek közötti kölcsönhatások irányát más módszerekkel (sokcsatornás EEG) meg lehet határozni.


A hatékony kapcsolattérképezéshez a fénymikroszkópokat is felturbózták egy kicsit. Az axonvégződések vizsgálatához szükséges nagyításon a mikroszkóp látómezejébe körülbelül egy 150x150 mikrométeres terület képe fér bele és csak körülbelül 20 miron mélységben láthatunk éles képet. Képzeljük el, ha egy apró egéragy egészét szeretnénk ekkora darabokból feltérképezni hány látómezőt kellene végignéznünk. Nem kell képzelni számolni is lehet egy látómező térfogata 0,15x0,15x0,02 köbmilliméter, egy egér agy térfogata kb 25x20x15 milliéter. A kettő hányadosa 17 millió körül mozog. Ht ennyit végigbogarászni senki se fog. Ezért a mikroszkópokat fejlesztő cégek mérnökei automatikus rendszereket készítettk, melyek képeseket teljes egér agyak automatikus lefényképezésére. Két módszer is létezik. Az egér agyat fixálás és festés után behelyezik egy mikrotómba (metszetkészítő gépbe). Minden egyes metszet levágása után az agy felszínét hatalmas felbontású CCD kamerákkal látómezőnkét és mélységenként lépegetve lefényképezik, majd újabb metszetet vágnak és kezdik előlről.

 

 

A másik módszerhez még csak nem is kell lemetszeni az agyat, mert a „light sheet microscopy”, fény-sík mikroszkópia használatánál a mintát egy nagyon keskeny fénysíkban megvilágítják és a síkra merőlegesen pedig lefényképezik. Végiglépegetve a síkokon és scannelve a szinteket az egész agy letapogatható a jelölt elemek után. Persze mindkét mikroszkó típus hihetetlenül drága és nagyon-nagyon-nagyon alaposan végig kell gondolni mit akarunk vele megvizsgálni, mert egy letapogatás 2-3 napig eltart és számos terabájtni adatot eredményez. Ennyi adatot már nem is emberi szemmel kell átvizsgálni, hanem képfeldolgozó algoritmussal BIG DATA módszereket használva. Eredményként szuper 3D adatázisokat kapunk, melyek megmutatják egyes agyterületek milyen más agyterületekkel vannak összekötve. Ezen eredmények feldolgozása már hasonló módon történik a Hubble és a JWST űrtávcsövek képeinek feldolgozásához, ahol is a képeket egy tudós csapat állítja elő, azokat mindenki számára elérhetővé teszi, majd a képeket a tudományos közösség minden lehetséges irányból megvizsgálva von le következtetéseket és közöl felfedezéseket.

Az elemek és a kapcsolatok elemzésének módszerei után az #agytechnikák rovatban legközelebb a rendszer elemeinek és kölcsönhatásának viselkedését vizsgáló elektrofiziológiai módszereket vesszük sorra.

Korábbi hozzászólások
Még nincsenek hozzászólások
Új hozzászólás
A hozzászólások moderáltak, csak az Admin jóváhagyása után jelennek meg!