19:00 
Международная группа под руководством Мичиганского университета представила новые методы, которые позволяют определить, какие области мозга были активны в течение дня с разрешением отдельных клеток.
Используя модели мышей, исследователи разработали экспериментальный протокол и провели вычислительный анализ, чтобы проследить, какие нейроны и сети мозга были активны в разное время. Исследование, опубликованное в журнале PLOS Biology, дает новое представление о передаче сигналов мозга во время сна и бодрствования, что намекает на более важные вопросы и цели, которые мотивировали работу.
Мы предприняли это сложное исследование, чтобы понять усталость. Мы наблюдаем глубокие изменения в мозге в течение дня, когда бодрствуем, и, похоже, они корректируются, когда мы засыпаем».
Дэниел Форгер, профессор математики Университета штата Массачусетс, старший автор
То, что обнаружила команда, и как они это обнаружили, может помочь найти новые способы объективной оценки усталости у людей. Это, в свою очередь, может быть использовано для обеспечения того, чтобы люди с важными обязанностями, такие как пилоты и хирурги, были адекватно отдыхали перед полетом или операцией.
"Мы на самом деле плохо разбираемся в собственной усталости. Оно основано на нашей субъективной усталости", - сказал Форгер. "Мы надеемся, что мы сможем разработать "сигнатуры", которые подскажут нам, испытывают ли люди особую усталость и могут ли они безопасно выполнять свою работу".
Исследование проводилось при поддержке федерального финансирования Национального научного фонда США и Исследовательского бюро армии США. Оно также получило финансирование от Human Frontier Science Program, или HFSP, которое позволяет проводить новаторские работы в области наук о жизни посредством международного сотрудничества, что было ключевым моментом в Это исследование.
Более глобальный взгляд
Пока исследователи из UM создавали математические и вычислительные процессы для анализа и интерпретации данных, сотрудники из Японии и Швейцарии разрабатывали новый мощный экспериментальный подход.
Они использовали передовую форму визуализации, называемую световой листовой микроскопией, которая позволила им создавать трехмерные изображения мозга мыши. Они также внедрили метод генетической маркировки, который приводил к свечению активных нейронов под микроскопом, что позволило им создавать трехмерные изображения мозга мыши. исследователям, чтобы увидеть, какие клетки мозга были активны и когда.
"Из исследований, проведенных за последние 20 или 30 лет, мы знаем, как понять, как тот или иной аспект - например, ген или тип нейрона - может способствовать поведению", - сказал Константинос Компотис, соавтор исследования и старший научный сотрудник Лаборатории психофармакологии сна человека в Цюрихском университете. "Но мы также знаем, что что бы ни управляло нашим поведением, это не просто один или один ген. нейрон или одна структура в мозге. Это все и то, как оно соединяется и взаимодействует в данный момент времени».
HSFP объединил команды из трех стран для более глубокого исследования этих связей и взаимодействий. В их число входили команда UM, команда из Цюриха и японская команда под руководством Хироки Уэда из Лаборатории синтетической биологии Центра исследований биосистем и динамики RIKEN.
Работая вместе, команда увидела, что, вообще говоря, когда мыши просыпаются, активность начинается во внутренних, или подкорковых, слоях мозга. По мере того, как мыши развивались в течение дня или ночи (вернее, они ведут ночной образ жизни), центры активности перемещались в кору на поверхности мозга.
«Мозг не просто меняет свою активность в течение дня или во время определенного поведения», — сказал Компостис, — «он фактически реорганизует, какие сети или области связи отвечают за разные транспортные сети. раз».
Это открытие и то, как оно было сделано, обеспечивают основополагающие шаги к выявлению признаков усталости и многого другого, сказал Форгер. Например, он также подозревает, что дальнейшее изучение этой общей закономерности может привести к связи с психическим здоровьем.
«Это исследование не затрагивает эту тему», - сказал Форгер. «Но я действительно думаю, что активность, которую мы наблюдали в разных регионах, будет важна для понимания некоторых психических расстройств».
Более того, Компотис уже начала работать с промышленными партнерами, чтобы использовать экспериментальные методы команды для изучения того, как различные методы лечения и кандидаты в лекарства влияют на мозговую активность.
Хотя новые экспериментальные методы неприменимы к людям, исследователи могут перенести некоторые результаты с моделей мышей на физиологию человека, сказал Форгер. А вычислительные подходы, разработанные для этого исследования, можно обобщать, сказал соавтор Гуанхуа Сунь, работавший над этим проектом в качестве аспиранта в Университете Массачусетса, а сейчас преподающий в Куранте в Нью-Йорке. Университет.
"Математика, лежащая в основе этой проблемы, на самом деле довольно проста", - сказал Сан.
