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NIH BRAIN Initiative工具可帮助研究人员观察3D中的神经活动

我们研究神经系统内网络的能力受到可同时观察大量细胞的工具的限制。由美国国立卫生研究院(NIH)的大脑研究部通过先进的创新技术(BRAIN)计划开发的一种超快速3D成像技术,称为SCAPE显微镜,它可以通过很多方式查看更大数量的组织对脆弱的活细胞网络的损害较小。

美国国家神经病学研究所计划主任埃德蒙·塔利(Edmund Talley)博士说:“这很好地证明了BRAIN Initiative技术的强大功能,可以提供有关大脑如何解码信息以产生感觉,思想和行动的新见解。”中风(NINDS),NIH的一部分。

SCAPE显微镜是由伊丽莎白·MC·希尔曼(Elizabeth MC Hillman)实验室开发的,该实验室是纽约市哥伦比亚大学祖克曼研究所的生物医学工程与放射学教授兼首席研究员。

希尔曼博士说:“ SCAPE显微镜已经使难以置信的研究成为可能,这些研究需要立即实时地进行大量观察。”“由于细胞和组织可以在三个维度上保持完好无损并以高速显示,因此我们能够探索许多以前无法研究的新问题。”

嗅觉上皮位于鼻子深处,由成千上万个神经细胞组成,每个神经细胞都包含对特定气味起反应的单个特殊受体。使用单独的简单气味的研究表明,当我们闻到某种气味时,这些神经细胞的特定组合会被激活,从而形成一个被大脑解释为特定气味的密码。过去,研究人员只能在任何时间研究该区域的有限部分,而且他们使用的方法可能会损坏组织,从而很难得出明确的结论。

嗅觉上皮被证明是使用SCAPE进行研究的理想目标,因为负责检测气味的神经细胞在某种程度上是随机分布的。这意味着重要的是要观察尽可能多的细胞以得出有关其活动模式的结论。

使用SCAPE,进行这项研究的研究人员能够立即测量成千上万个嗅觉神经细胞,因为它们对被描述为“杏仁”,“花香/茉莉花”和“柑橘”的不同气味的组合做出了反应。然而,尽管当他们将组织分别暴露于气味时,他们看到了现有理论所预测的简单模式,但是当将两种或三种气味混合在一起时,它们看到的交互神经细胞反应系统却比预期的复杂得多。

该研究的资深作者,纽约市哥伦比亚大学教授Stuart Firestein博士说:“我们期望对各种气味的反应看起来很像对原始气味的反应总和。” 。“相反,我们观察到复杂的相互作用,其中第二种气味会增强神经元对第一种气味的反应,或者在其他情况下会抑制神经元的反应。”

这些结果表明,到达鼻子的信号由于鼻子内部的这些受体相互作用而失真,从而将气味混合物的编码更改为与部分气味总和明显不同的事物。考虑到我们周围几乎所有的气味都是复杂的混合物,这种机制可能解释了我们如何区分各种不同的气味,同时也解释了为什么通常很难挑选混合物的各个成分。

Firestein博士说:“ SCAPE的主要优势在于,因为我们可以一次观看这么大的区域,所以我们可以捕捉到很少发生的重要事件。”“这项技术为我们打开了探索嗅觉领域中许多其他问题的大门。”

Firestein博士还说,他和其他人现在能够进一步研究嗅觉系统如何编码复杂的气味组合,以及大脑最终如何解释这些信号。这项研究的意义还超出了对大脑如何感知气味的当前理解,包括筛选可能影响嗅觉系统中受体类型的候选药物的潜在新方法。

美国聋哑及其他通讯障碍研究所(NIDCD)项目负责人苏珊·沙利文(Susan Sullivan)博士说:“本文对我们理解气味混合物的编码方式具有革命性意义,并突出了气味/受体相互作用的异常复杂性。” ),NIH的一部分和该项目的共同赞助。

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