Profesor UCSB zdobywa nagrodę NIH za badanie neuronów nawigacyjnych u muszek owocowych

Sung soo Kim, adiunkt w Katedrze Biologii Molekularnej, komórkowej i rozwojowej UC Santa Barbara, niedawno zdobył prestiżową nagrodę National Institutes of Health Director ’ s New Innovator Award, grant w wysokości 1,5 miliona dolarów — przyznawany przez okres pięciu lat — który Kim będzie w stanie przeznaczyć na dalsze badania nad systemami, które tworzą zwierzęce poczucie kierunku.

Badania Kim koncentrują się na mózgu muchy, a raczej na neuronach w mózgu muchy, które umożliwiają much poruszanie się po ich otoczeniu. Przez około dziewięć lat zajmował się badaniami Drosophila melanogaster, pospolitej muszki owocowej.

U ssaków zestaw neuronów znany jako komórki kierunku głowy jest odpowiedzialny za utrzymanie i aktualizację naszego zmysłu kierunku. Dają one mózgowi informacje o trakcji, której potrzebujemy, aby funkcjonować w naszym codziennym życiu.

Takie neurony wzbudziły zainteresowanie neurologów obliczeniowych od dłuższego czasu. W ostatnich latach naukowcy opracowali modele, aby pokazać, w jaki sposób te neurony zaangażowane w nawigację mogą zbierać informacje wizualne i przekładać to na poczucie kierunku.

„Wymyślili naprawdę piękny model matematyczny. W tym modelu widać, że poszczególne neurony są ułożone w okrąg. Istnieje między nimi piękny parametryczny związek ” – powiedziała Kim.

Wśród naukowców istniały wątpliwości, którzy wierzyli, że taki model nie może istnieć w prawdziwym życiu.

Jednak Jayaraman Lab w Howard Hughes Medical Institute, w którym Kim wcześniej pracował, odkrył neurony kompasu istniejące w małym i prostym mózgu muszki owocowej. Te neurony kompasu są ułożone w okrągły wzór, z zachowaniem neuronów kompasu zgodnym z tym, co modelowanie obliczeniowe przyniosło w próbach wyjaśnienia komórek kierunku głowy u ssaków.

„To był wielki szok dla pola,” Kim powiedział.

Podczas wywiadu z Kimem poproszono mnie o przedstawienie hipotezy, aby lepiej zrozumieć procesy, które badał.

„Wyobraź sobie, że zamykasz oczy. Nic nie widzisz. Mogę się jednak założyć, że nadal będziesz w stanie znaleźć drogę do drzwi. Prawda?”

„Powodem jest to, że twój mózg aktualizuje twoje poczucie kierunku. Więc nawet jeśli zamkniesz oczy, wiesz, gdzie jesteś. A jeśli poruszasz się po pokoju, wiesz, gdzie jesteś i wiesz, gdzie patrzysz ” – powiedziała Kim.

Kim ma na celu zbadanie środków, za pomocą których informacja wzrokowa jest łączona w neuronach kompasu muchy. W tym celu Kim i jego współpracownicy eksperymentalnie mapują zachowanie neuronów kompasu na różne bodźce.

Zasadniczo w laboratorium Kim muchy są podłączane do „wirtualnej rzeczywistości” za pomocą ekranu LED. Muchy te są jednocześnie uwięzione, aby umożliwić naukowcom obserwację zarówno zmian w amplitudzie skrzydeł much-w przypadku latania-jak i rotacji piłki, na której stoi mucha — w przypadku chodzenia. Bodźce wzrokowe, na które mucha jest narażona, wpływają na to, jak zmieniają się bodźce wzrokowe w odpowiedzi.

Podczas gdy tak się dzieje, dwufotonowy Laserowy mikroskop skaningowy pozwala badaczom monitorować aktywność neuronów muchy, gdy mucha się porusza.

„Można rzeczywiście nagrywać z tych neuronów i zobaczyć, gdzie leci mucha po prostu patrząc na te neurony,” Kim powiedział.

„Więc dopasowując zachowanie muchy na arenie wirtualnej rzeczywistości i aktywność neuronu kompasu, możesz zrobić bardzo interesujące rzeczy, takie jak zobaczyć, jak te neurony są połączone.”

Dzięki temu Kim zamierza w szczególności zrozumieć sposób, w jaki mózg wybiera punkty orientacyjne, aby ustanowić poczucie kierunku.

Aby to zrobić, Kim musi zrozumieć, w jaki sposób informacje wizualne są przetwarzane w mózgu, w jaki sposób przetwarzane informacje są przekazywane do mózgu i jak neurony kompasu wykorzystują te informacje, aby uzyskać podstawę na swoim poczuciu kierunku.

Teraz, dzięki nowemu zastrzykowi środków finansowych, Kim i jego współpracownicy będą mogli dalej inwestować w nowy sprzęt, przyciągnąć więcej osób do projektu i udoskonalić ich bodźce wzrokowe.

„Wciąż badam te kompasy, nadal korzystam z tej eksperymentalnej konfiguracji. Różnica polega na tym, że [wcześniej] scena wizualna była stosunkowo prosta. Teraz pokażę muchom wiele różnych scen i zobaczę, jak te różne sceny wizualne są przetwarzane, aby wygenerować poczucie kierunku w locie”, powiedziała Kim.

Dodaj komentarz