Pod pojmem vyšetřování mozku funkční magnetickou rezonancí (fMRI) si nejspíš představujeme zobrazování neuronů. Ale tak tomu většinou není, princip totiž spočívá ve sledování krve. Vychází se z faktu, že kdo nic nedělá nic nekazí a k tomu pak nepotřebuje ani tolik energie. Platí to i pro mozek. Teprve až když u něj někde dojde ke žhavení závitů, roste tam s určitým zpožděním i průtok krve krevními kapilárami. To proto, aby neurony nestrádaly živinami. K zachycení této změny se využívá molekul hemoglobinu, které jsou nositelkami kyslíku v krvi. Hemoglobin je paramagnetický, ale jen pokud na něj není navázán kyslík. S kyslíkem se chová jako látka diamagnetická. Různá zastoupení oxyhemoglobinu a deoxyhemoglobinu vytváří stavy nehomogenity v magnetickém poli. Tam, kde je více oxyhemoglobinu je signál magnetické rezonance silnější . Obraz mozkové činnosti tak získáváme až na základě změn v toku krve a informaci získáváme se zpožděním v řádu desítek až stovek milisekund.
Kolektiv japonských genetiků pod vedením Koichi Kawakamiho ze Saitama University využil ke sledování mozkové aktivity jinou metodu - indikátoru, který pokusným rybkám zabudovali do jejich DNA. Zajistili tím jeho přítomnost v mozku. Zobrazují tak přímo reakce neuronů a to bez jakékoliv časové prodlevy. V publikaci se zmiňují o molekule GCaMP. Pokud se vám nyní v paměti začal vybavovat cyklický adenosin monofosfát, zapomeňte na něj. Pod poněkud zavádějícím označením se totiž skrývá komplikované "soumolekulí" reagující na přítomnost vápníkových iontů. Vzniká kouzlením s rybími i cizími geny. Součástí je i gen pro zeleně fluoreskující protein, který je propojen s genem pro kalmodulin a ještě enzym kinázu. Kalmodulin je protein, který reaguje na vápník změnou tvaru své molekuly, čímž v místě výskytu Ca 2+ iontů, fluorescenci zjasňuje.
Akční potenciál a šíření vzruchu
I když mozkové buňky lenoší, mají na svém povrchu membránový potenciál (membrána je polarizována). Přenos vzruchu zahájí změnou koncentrací iontů sodíku a draslíku. Významným hráčem je i vápník. Membrána je pro něj ale jen velmi málo propustná. Přenos informace spočívá ve vlnách depolarizace membrány v nichž hraje roli otevírání iontových kanálů. Šířením takové vlny po povrchu neuronu roste koncentrace vápenatých iontů v buňce. Právě toho využívá metoda vizualizace nervového vzruchu v níž hlavní roli hraje proteinový fluorescenční indikátor. Podle schopnosti měnit barvu se mu někdy říká protein chameleon.
Japonští vědci si ke svým modifikujícím hrátkám vybrali kaprovitou rybku danio pruhované. Má totiž tělo téměř průhledné a je jí tak dobře vidět až do hlavy. Jakmile rybě před nos vypustili nálevníka (trepku), zelené záblesky hned prozradily, kterou část mozku jí její oblíbená potrava zaujala. Pokud prvok rejdil okolo levého oka, zaměstnával neurony pravého zrakového laloku (optickém tectu). Přesunul-li se na stranu pravou, problikávala rybě opačná polovina mozku. Trepčí rejdění sem a tam se kupodivu hodně podobnými svítícími pokrouceninami odráželo i v rybím mozku.
Genetické modifikace se v rukou neurologů staly nástrojem, který jim dovoluje sledovat mozkové pochody, aniž by museli vpichovat zvířatům do mozku elektrody, a nebo mít k dispozici drahou funkční magnetickou rezonanci.
Blikající neurony by jim měly rychle a levně prověřovat co mozku škodí a co prospívá. To by mohlo přispět k nacházení nových léků využitelných v psychiatrii. Očekává se i rychlejší poodhalování tajů autistických mozků, procesů formování paměti, vybavování si vzpomínek a ...
Reakce mozkových neuronů u zebřičky pět dní po vykulení
Podrobněji s výkladem a nahlédnutím do zákulisí chovu transgenních danií
Literatura:
Akira Muto, Masamichi Ohkura, Gembu Abe, Junichi Nakai, Koichi Kawakami.: Real-Time Visualization of Neuronal Activity during Perception, Current Biology, 31 January 2013
Diskuze:
