В прошлом исследователи часто изучали обработку звука в головном мозге различных животных, вставляя крошечные электроды в слуховую кору, ту часть мозга, которая обрабатывает звук. Затем они воспроизводили тоны и наблюдали за реакцией соседних нейронов, кропотливо повторяя процесс по сетке, чтобы выяснить, где находятся активные нейроны. Казалось, что нейроны выстроены в аккуратно организованные полосы, каждая из которых реагирует на свой тон.Совсем недавно метод, называемый двухфотонной микроскопией, позволил исследователям сосредоточиться на мельчайших срезах мозга живой мыши, наблюдая за деятельностью с беспрецедентными подробностями.
Этот новый подход предполагает, что хорошо ухоженное расположение полос может быть иллюзией. Но, как говорит Дэвид Ю, доктор медицинских наук, профессор биомедицинской инженерии и нейробиологии в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса, «вы можете заблудиться в увеличенном масштабе изображения, обеспечиваемом двухфотонной микроскопией, и не знать где именно вы находитесь в мозгу ". Юэ руководил исследованием вместе с Эриком Янгом, доктором философии, также профессором биомедицинской инженерии и исследователем Института фундаментальных биомедицинских наук Джонса Хопкинса.Чтобы получить более широкую картину, Джон Исса, аспирант лаборатории Юэ, использовал генетически модифицированную мышь для производства молекулы, которая светится зеленым светом в присутствии кальция. Поскольку уровень кальция в нейронах повышается, когда они становятся активными, нейроны слуховой коры мышей светятся зеленым при активации различными звуками.
Исса использовал двухфотонный микроскоп, чтобы вглядываться в мозг живых мышей, когда они слушали звуки и видели, какие нейроны загорались в ответ, составляя глобальную карту слуховой коры данной мыши. «С помощью этих мышей мы могли как отслеживать активность отдельных популяций нейронов, так и уменьшать масштаб, чтобы увидеть, как эти популяции вписываются в более широкую организационную картину», — говорит он.Благодаря этим достижениям Исса и остальная часть исследовательской группы смогли увидеть аккуратные полосы тонов, выявленные в более ранних исследованиях электродов.
Кроме того, новая платформа визуализации быстро выявила более сложные свойства слуховой коры, особенно когда мыши слушали щебетание, которое они используют для общения друг с другом. «Понимание того, как звуковое представление организовано в мозге, в конечном итоге очень важно для лучшего лечения нарушений слуха», — говорит Юэ. «Мы надеемся, что подобные эксперименты на мышах могут стать основой для понимания того, как наш мозг обрабатывает речь, и, в конечном итоге, как помочь людям с кохлеарными имплантатами и подобными вмешательствами лучше слышать».Юэ отмечает, что тот же подход можно использовать для понимания других частей мозга, поскольку они реагируют на внешние стимулы, таких как зрительная кора и части мозга, отвечающие за обработку стимулов от конечностей.Эта работа была поддержана Фондом Роберта Дж.
Клеберга-младшего и Хелен К. Клеберг, Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта (номер гранта R01NS073874), Программой подготовки медицинских ученых Национального института здравоохранения и Национальным институтом глухоты. и другие коммуникативные расстройства (номер гранта T32DC000023).