Они назвали систему OSaCaBeN или OSB.
Используя робот-зонд в своем анализе нематоды C. elegans – круглого червя, широко используемого в изучении основных функций мозга – исследователи выявили функциональную диверсификацию нервных клеток, выделяющих дофамин. Дофамин – это химическое вещество, которое регулирует движения, эмоции и мотивацию в мозгу животных.
Чтобы понять, как работает мозг, необходимо измерить активность нервных клеток в головном мозге и выдвинуть гипотезу о том, как активность конкретной нервной клетки связана с функцией мозга.
Затем гипотеза проверяется путем искусственного манипулирования активностью нервной клетки и наблюдения за ее влиянием на поведение животного, что является наиболее заметным результатом функции мозга.
Благодаря недавним достижениям в методах генной инженерии, активность определенных нервных клеток можно оптически измерить и обработать под микроскопом.
Тем не менее, все еще сложно понять взаимосвязь между поведением животного и активностью конкретной нервной клетки из-за сложности мозга животного.
C. elegans часто используется нейробиологами, потому что его очень маленький мозг состоит всего из 302 нервных клеток. Тем не менее, он реагирует на различные раздражители (а иногда и запоминает их)!) с использованием молекул, которые очень похожи на молекулы других животных, включая человека. Более того, из-за C. elegans, активность нервных клеток можно легко измерить и обработать с помощью вышеупомянутых оптических методов.
Но анализировать нейронную активность движущихся червей непросто. Черви двигаются ~ 0.1 мм в секунду, что чрезвычайно сложно отследить, потому что они проходят через поле зрения микроскопа за секунду.
Проф.
Исследовательская группа Коичи Хашимото решила эту проблему, разработав прицел-робот, который автоматически отслеживает червя на сцене с помощью современной программной технологии, называемой «машинное зрение»."
Роботизированный прицел идентифицирует часть головы червя на всем изображении и регулирует положение предметного столика микроскопа, чтобы голова всегда находилась в центре поля зрения с точностью ± 0.001 мм.
«Хотя такой процесс идентификации изображения обычно занимает несколько часов, телескоп робота делает это 200 раз в секунду», – говорит Хашимото. "Это позволяет нам оптически измерять непрерывную активность нескольких нервных клеток в мозгу червя во время его движения."
Более того, в немного другом устройстве система также идентифицирует и отслеживает одну конкретную нервную клетку (из многих) в движущемся червя с помощью другого программного обеспечения машинного зрения и управляет ее активностью с помощью непрерывного освещения тонким световым лучом. Это единственная система роботизированного микроскопа, которая выполняет как оптические измерения, так и манипулирование нервными клетками с таким уровнем точности.
С помощью робота-прицела проф.
Группа Котаро Кимуры обнаружила функциональную диверсификацию дофамин-высвобождающих нервных клеток. Известно, что у червей дофамин высвобождается из 4 пар нервных клеток, когда они попадают в пищу (лужайка бактерий).
Дофамин также модулирует движение нескольких частей тела, сигнализирует о ощущениях и обучении.
Однако то, как пищевой сигнал – самая важная информация для выживания червей – трансформируется в активность высвобождающих дофамин нервных клеток, еще не изучено.
Исследователи обнаружили, что только дорсальная пара нейронов, высвобождающих дофамин (CEPD), существенно активируется при достижении пищи. Более того, искусственная активация CEPD вызвала поведенческие изменения, аналогичные тем, которые наблюдаются при доставке еды.
Однако структурно подобная дорсальная пара дофамин-высвобождающих нервных клеток (CEPV) не активировалась при попадании в пищу, и искусственная активация CEPV не вызывала поведенческих изменений, подобных активации CEPD.
Вероятно, что CEPV активируется в другой ситуации и играет другую роль в поведенческой модуляции. Таким образом, исследователи обнаружили, что даже структурно симметричные нейроны, выделяющие дофамин, обладают асимметричными функциями.
«Мы проанализируем больше взаимосвязей между мозгом и поведением, используя систему роботизированного микроскопа на червях, а также на рыбках данио», – говорит Кимура. «Мы хотели бы понять основные принципы работы мозга с помощью анализа этих простых животных."