Sistem, zakaj si živčen?

V današnjem Znanstvenem britoffu smo navdušeni nad novo metodo snemanja potovanja živčnih signalov, objavljeno v reviji Cell. S to metodo lahko spremljamo potovanje signala skozi posamezno živčno celico.

Človeško živčevje je sestavljeno iz približno sto milijard živčnih celic, po katerih poteka komunikacija možganov s preostalim telesom. Ta komunikacija poteka tako, da s periferije pritekajo v možgane signali, ki nosijo informacije o dogajanju znotraj ali zunaj telesa. V možganih nato pride do obdelave teh dražljajev in priprave odgovora nanje. Pot dražljaja si najlaže predstavljamo, če pomislimo na čebelji pik. Bolečinski dražljaj potuje od točke vboda skozi živce po hrbtenjači v možgane, nanj pa se odzovemo s hitrim umikom od vira bolečine.

Čeprav tehtajo možgani komaj dober kilogram, so zmožni opravljati visoko specializirane funkcije, kot so govor, okušanje, koordinacija gibanja, pa tudi čustvovanje, motivirano vedenje in uravnavanje pozornosti. Lahko bi rekli, da so možgani podobni računalniku, kjer je na milijarde živčnih celic povezanih v kompleksne mreže za preračunavanje.

Kako pa se informacija v obliki dražljaja sploh razširi po mreži nevronov? Med zunanjostjo in notranjostjo živčne celice obstaja razlika v napetosti, ki je ob dražljaju porušena. Če je dražljaj dovolj močan, se bo po celici razširil depolarizacijski val, ki se lahko prenese na okoliška živčna vlakna. Opazovanje poti, ki jo ubere takšen signal, je bilo zaradi tehničnih omejitev do sedaj zelo težavno. Nova metoda pa nakazuje možnost, da bi lahko te spremembe napetosti opazovali na ravni posameznih živčnih celic. 

Mednarodna raziskovalna ekipa je s tem namenom v mišje živčne celice vstavila gen za protein ASAP3. Gre za protein, ki se zelo intenzivno in dovolj hitro prilagodi napetosti okolja, v katerem se nahaja. ASAP3 deluje kot merilna naprava, ki nam pove, kolikšna je napetost na membrani, kjer je usidran. Če nanj svetimo z infrardečo svetlobo, se odzove z intenziteto svetlobe, ki je sorazmerna z napetostjo na membrani. Iz te napetosti lahko potem sklepamo, kakšno je dogajanje v okolici proteina.

Raziskovalci in raziskovalke so poskuse izvajali na živih miših. Zaradi tega so razvili metodo vzburjanja živčnih celic in zaznavanja odzivov teh celic, ki lahko meritve osmisli tudi takrat, kadar se žival premika. Pravzaprav so spremljali napetost na membranah živčnih celic miši med aktivnostmi, kot je tek na vadbenem kolesu. 

Novi protein ASAP3 in metoda snemanja možganske aktivnosti omogočata opazovanje dogajanja v nevronski mreži z večjo občutljivostjo kot kadarkoli doslej. Raziskovalkam in raziskovalcem je uspelo opazovati dogajanje v globokih plasteh možganske skorje za več celic hkrati. Ob tem so pokazali tudi, da lahko iz pridobljenih napetosti razločujejo med posameznimi trenutnimi spremembami na membrani in da lahko meritve opravljajo tudi po več dni naenkrat. Kljub temu so prepričani, da je metodo možno še izboljšati in da bo zato kmalu široko uporabna za snemanje električnih dogodkov v genetsko prilagojenih živčnih celicah.

Na depolarizacijskem valu je surfal vajenec Luka.