Graduate student Ubadah Sabbagh legte eine kalte Objektträger auf das Mikroskop. Es wurde immer später und das Labor war ruhig. Er stellte ein paar Einstellungen, und verfolgt durch den optischen Trakt vor dem Zoomen auf das Gehirn der thalamus. Was er sah überraschte ihn: zwei benachbarte Streifen von leuchtenden Flecken, jeder Punkt bezeichnet eine Zelle Körper.
An diesem Punkt, zwei Jahrzehnte sind vergangen seit der Wissenschaftler berichtet, dass ein kleines Gebiet im Gehirn, das die visuellen thalamus hatte einzigartige Eigenschaften, die es abgesehen von den nahe gelegenen Regionen. Frühere Studien führten durch andere Forscher zeigten, dass die region, die so genannte ventrale seitliche gekniet Kern, verbindet sich mit neuronalen Schaltkreisen, die bei der Regulierung des zirkadianen Rhythmus und Stimmung.
Aber war nur wenig bekannt über die region zellulären Architektur—bis jetzt.
In einer neuen Studie online veröffentlicht in dieser Woche in die Journal of Neurochemistry, Virginia Tech Forscher identifizierten mehr als 40 Gene, ausgedrückt in der vLGN und entdeckt mehr als ein halbes Dutzend nagelneu Neuronen-Subtypen, jedem Ausdruck einzigartige Moleküle und Cluster in eng gepackten gestreiften Schichten.
„Der ‚wow‘ – moment für mich war, als Ubadah zeigte mir das Bild der beiden Zell-Subtypen Angleichung in den angrenzenden Schichten“, sagte Michael Fuchs, der die Studie leitende Autor und professor an der Fralin Biomedical Research Institute am VTC. „Es fiel uns da, wenn wir sehen, geschichteten Gruppen von Neuronen, das heißt, dass ein hirnareal ist von der Trennung der verschiedenen Arten von Informationen. Jetzt haben wir eine genauere tool-kit, um zu helfen uns zu verstehen, was bestimmte Zelltypen in der vLGN tun.“
Die vLGN umfasst nur ein paar hundert Mikrometern bei Mäusen und empfängt Signale aus dem Auge über den Sehnerv. Aber im Gegensatz zu einigen anderen visuellen Regionen des Gehirns, es ist nicht im Zusammenhang mit der klassischen image-Bildung.
Neurowissenschaftler studierte zunächst dieser Hirnregion durch die Zerstörung seiner Zellen und dokumentieren die Effekte. In dem Prozess, Sie können aber auch unterbrochen Sicherheiten schaltkreise im Gehirn. Dies führte zu deutlichen Verhaltensänderungen und machte es schwieriger zu erkennen, welche Effekte waren mit der vLGN. Forscher haben sich seitdem entwickelt, präziser, weniger invasiv genetischen Werkzeugen, mit denen Sie sehen, was passiert, wenn eine bestimmte Zelle geben Sie die Aktivität ein-oder ausgeschaltet wird.
Fox wollte die Anwendung dieser modernen Techniken zu verstehen, die vLGN Funktion und downstream-verbindungen, aber zuerst brauchte er, um festzustellen, welche Zelltypen zu treffen. Sabbagh, dann ein zweites Jahr student im Aufbaustudium in Virginia Tech Translationale Biologie, Medizin und Gesundheit graduate-Programm, die Entwicklung eines atlas beschreibt die vLGN zellulären Struktur als Teil seiner Doktorarbeit.
Es dauerte nicht lange, bis Sie fand der erste Hinweis, dass die vLGN könnte organisiert werden durch die Zelle Typ in getrennten Schichten, die von den Forschern beschrieben, die in einem Jahr 2018 studieren.
In dieser Studie, der Fox-team zeigte zwei Arten von spezialisierten Gitter-ähnliche Strukturen, genannt perineuronal Netze, eingewickelt, dass um verschiedene Arten von inhibitorischen Neuronen. Wenn die Wissenschaftler gefärbt diese perineuronal Netze, entdeckten Sie, dass verschiedene Populationen von Neuronen, die durch diese Netze wurden verteilt, die in unterschiedlichen Streifen über die vLGN.
„Das war unsere erste Hinweis, dass es sein könnte Ebenen, aber wir sind noch notwendig, um mehr Zelltypen, um zu sehen, ob auch Sie an in nicht überlappende Domänen,“ Fox sagte.
Im Laufe des nächsten Jahres, Sabbagh getestet etwa 70 verschiedene riboprobes Karte der vLGN zellulären Landschaft. Riboprobes sind die Segmente von ribonukleinsäuren (RNA), die Bindung an komplementäre Segmente von RNA.
Wissenschaftler hinzufügen Fluoreszenz-Gene entlehnt aus anderen Organismen und Viren auf die Sonde, so dass, wenn ein segment der RNA erfüllt seine passende Sequenz, der gezielte Moleküle Leuchten. Die Forscher kombinierten diese tools zu visualisieren-Zellen produzieren spezifische genetische Moleküle in der vLGN, mit jedem Molekül Leuchten in einer anderen Farbe unter dem Mikroskop.
Diese Methode offenbart verschiedene Ebenen auf die scans, aber die Wissenschaftler wollten sicher sein. Sabbagh codiert ein computer-Programm zu Scannen, Bilder von der vLGN und Messen Sonde Signale, die überprüft, Ihre Ergebnisse und zeigten verschiedene Ebenen.
Aber eine Frage blieb noch: Wo wurden diese Zellen Ihre Informationen?
Die Forscher verwendeten einen ungefährlichen viralen tracing-tool um zu bestimmen, welche Neuronen in der vLGN kommuniziert mit den Neuronen, die Auskleidung der Netzhaut. Es dauerte einen Monat für das virus auf Reisen ein paar Millimeter zwischen der Netzhaut und des thalamus, aber es war das warten Wert.
Das virus zeigte, dass Zellen in jeder der vLGN wichtigsten Schichten erhalten direkte visuelle Signale von der Netzhaut Neuronen im Auge. Nächste, Mitarbeiter an der University of Louisville analysiert die Kommunikations-Eigenschaften dieser verbindungen. Zusammen, diese Einsichten, die helfen zu beschreiben, wie visuelle Informationen verarbeitet werden, die in der vLGN.
„Dies ist eine aufregende finden. Wir haben noch mehr Arbeit zu tun, um Lücken zu füllen, aber ich denke, wir werden noch mehr finden Zelltypen, und vielleicht sogar noch mehr Ebenen, wie wir weiter, um mehr zu finden Biomarker“, sagte Fuchs, der auch ein professor in Virginia Tech College of Science und wurde vor kurzem als Direktor des College ’s School of Neuroscience“.
Sein team hat damit begonnen, die Analyse der Genexpression in einzelnen Zellen, mit einem Prozess, der als eine einzige Zelle, die RNA-Sequenzierung. Fox sagt, dass, sobald Sie mehr wissen zu spezifischen Zelltypen, die Sie verfolgen können die schaltungen und beginnen enthüllt, wie die vLGN die Neuronen sich mit anderen Regionen des Gehirns.
„Wir vermuten, dass die vLGN verfügt über zahlreiche Funktionen, einschließlich der Regulierung der Stimmung, aber jetzt sind wir in der Lage sein zu analysieren, wie bestimmte Zelltypen beitragen, um diese Funktionen mit mehr Präzision“, sagte Sabbagh, wer war kürzlich mit einem sechs-Jahres – $390,000 National Institutes of Health award “ für die Unterstützung seiner Forschung.