FAQ: Die Zellbasis des Verhaltens

5 Tatsachen über Neuronstudien, die sich mit isolierten Gehirn- und Musterorganismen befassen.

Unsere Lebenswerke sind ziemlich einfach. Nicht vor so langer Zeit ist es klar geworden, dass wir nur ungefähr 20,000 Gene haben. Wir wissen fast alle grundlegenden physiologischen Prozesse, die in unseren Zellen vorkommen, und werden kaum etwas völlig Neues im Feld entdecken. Und wir sind ziemlich gute Idee von den Grundsätzen der Mehrheit von Organen, Geweben.

• 1. Studie von Nervenzellen in den einfachsten Musterorganismen

Das Gehirn ist eine besondere Herausforderung für den Forscher, weil es zu viele Zellen - ungefähr hundert Milliarden gibt. Eine Annäherung an die Erläuterung der Mechanismen des Gehirns wurde in den Musterorganismen verwendet, die weniger Nervenzellen haben. Solche Organismen sind weithin bekannt. Diese, schließen zum Beispiel, eine Fliegentaufliege und den Fadenwurm C. elegans ein. In diesem Fadenwurm um den Körper ungefähr eintausend Zellen, einschließlich mehrerer hundert Neurone. Aber, leider, in diesen Tieren sind die Nervenzellen sehr klein, und sie erlauben den Gebrauch von klassischen physiologischen Methoden nicht.

Eine Nervenzelle elektrische Arbeiten, und über seine grundlegenden Eigenschaften wissen wir seit langem. Arbeitsnervenzelle, die es auf der Tatsache gestützt hat, dass es Ionskanäle enthält, die entweder durch das Ändern des Membranenpotenzials darauf oder durch die Handlung von Chemikalien geöffnet werden können, die aus anderen Zellen kommen. Diese Prozesse werden in erster Linie gut studiert auf Grund dessen, dass die Nervenzelle eingefügte Mikroelektrode sein kann. Mit dieser Elektrode können Sie sehen, wie eine Zelle seine eigene Tätigkeit ändern kann. Wenn Sie in die zwei Elektroden in den Zellen zur gleichen Zeit eingehen, können Sie sehen, wie eine Zelle den anderen betrifft. Und wenn der Körper solcher als, zum Beispiel, ein Wurm C. elegans, nur einige hundert Zellen hat, dann im Prinzip ist es möglich, alle Kommunikationen zwischen Zellen anzusehen, um zu untersuchen, wie ihre Arbeit Verhalten bestimmt. Leider, die meisten Lieblingsmusterorganismen in der Biologie, wie Fliegen und Fadenwürmer, sind die Nervenzellen klein, und diese Nervenzellen ist äußerst schwierig, das Verwenden des grössten Teiles der üblichen Methodik unter Physiologen zu studieren.

• 2. Identifizierung von Neuronen mit einer Mikroelektrode

Mikroelektroden, die in eine einzelne Zelle eingefügt werden und seine Arbeit messen können und sie arbeiten oder zumachen lassen, sind seit langem nötigenfalls entwickelt worden. Es wurde gefunden, dass es die Organismen gibt, deren Zellen sehr groß sind, der den Gebrauch dieser Methode erleichtert. Außerdem wurde es herausgefunden, dass ein Tier einzelne Zellen von der Erfahrung in der Erfahrung erfahren kann. Infolgedessen, die Idee von identifizierbaren Neuronen: Möglich, eine Zahl von spezifischen Neuronen in der Schnecke von einer und dann der anderen im Gehirn desselben Neurons gefundenen Schnecke zu benennen. So können Sie das Nervensystem am Zellniveau an denselben identifizierbaren Neuronen untersuchen.

Eines der berühmtesten Beispiele solcher Experimente wird in der Arbeit von Eric Kandel auf dem Schalentier Aplysia widerspiegelt. Unser Laboratorium hat anderes Schalentier verwendet, das im Weißen Meer lebt, das "Seeengel» (Clione limacina) genannt wird. Es war sehr günstiges Modell zum Zellniveau, die individuellen Nervenzellen studierend, um sein Verhalten zu erklären. Wir haben auf dem isolierten Gehirn studiert, er schwenkt seine Flügel als Jagden, wie orientiert, im Raum. Wenn Sie ein isoliertes Gehirn verwenden, können Sie es die Arbeit von individuellen Neuronen leicht erfahren und die Verbindungen zwischen ihnen erforschen.

• 3. Das Verhalten im isolierten Gehirn

Wenn, sich mit einem isolierten Gehirn befassend, die Frage entsteht: Wie man herausfindet, was würde das Gehirn sein, tun, wenn er mit dem Körper verbunden wurde? Wie man ihn Informationen über die Umgebung fragt? Es hat sich herausgestellt, dass das möglich ist. Um zu beginnen, bestimmen Sie, welche Nervenzellen das führen, welche Behörden und an irgendwelchen wirklichen Handlungsweisen teilnehmen. Dafür müssen wir die Vorbereitung tun, die das Nervensystem wegen bestimmter Muskeln oder Organe behält. Durch die stimulierende Mikroelektrode durch identifizierte Neurone der Person können wir zeigen, dass ein oder die andere Zelle, wenn es Reizung der Schlagbewegung in einer Richtung oder einem anderen verursacht, oder fliehen. Jetzt, mit dem isolierten Gehirn arbeitend, können wir entscheiden, dass der Körper tun würde, wenn er aktive bestimmte Neurone wäre.

Infolgedessen wurde es gefunden, dass fast jede Form des Verhaltens, dass Schalentier auf dem isolierten Gehirn studiert und am Zellniveau beschrieben werden kann. Zum Beispiel wissen wir jetzt, dass dort Clione Orientierung in der Wassersäule bevorzugt hat. Es schwimmt gewöhnlich Kopf. Und wenn es aufhört zu schwimmen, kann es diese Position mit seinem Schwanz als ein Ruder wiedergewinnen. Aber wenn es sehr heiß ist, dann kehrt es um und schwimmt in der Tiefe, wo kälter. Im isolierten Gehirn kann mit dem Gleichgewichtorgan in Verbindung bleiben, nur ein Dutzend von empfindlichen Zellen enthaltend. Sie können eine einzelne Zelle des Organs des Gleichgewichts ärgern und das "Trugbild" eines isolierten Gehirns verursachen, das er gedreht hat. Jene Zellen können studiert werden, die diese Signale wahrnehmen und ihnen auf jenen Zellen passieren, die fliehen. Das Rauschgift kann geheizt werden, statocysts Zellen ärgernd, und es wird das Trugbild haben, dass er sich in warmem oder kaltem Wasser dreht, kann die Zellen ärgern, die im normalen Leben und so weiter geflohen wären. D. h. sogar das schwierigste Ding, das Engelhai - Jagd oder Orientierung im Raum kann - kann mit jedem gewünschten Grad der Genauigkeit am Niveau der Eigenschaften und den Beziehungen von individuellen Zellen erforscht werden.

• 4. Isolierung von Zellen

Ein wichtiges Zu-Stande-Bringen, das uns in dieser Studie geholfen hat, bestand darin, dass wir direkt isoliert jene dieselben Zellen erfahren haben, die einen Teil im Verhalten nehmen. Wir können die Arbeit nicht nur des kompletten Nervensystems und jedes individuellen Neurons sehen. Aber, leider, können wir nicht diese Methoden an komplizierteren Organismen wie Bienen verwenden, weil die Zahl von Zellen in diesen Organismen in den Hunderttausenden und keine Mikroelektroden es unmöglich machen.

• 5. Aussichten für die Studie von Nervenzellen im Gehirn

Kürzlich gab es eine Hauptrevolution im Weg, der uns erlauben wird, das Wirbelgehirn und sogar in unserem Gehirn zu verstehen. Es gibt einige Bakterien und Algen, die sie das Licht sehen. Und sie haben Proteine, die den Kanal tun, der sich unter der Handlung des Lichtes öffnet. Infolgedessen ändert die Zelle seine Tätigkeit: aufgeregt oder gehemmt, abhängig von ob dieses Protein. Wenn ein Protein in die Nervenzellen des Gehirns wie eine Maus eingefügt wird, dann erhellen Sie sich das Gehirn führen wilde Maus, kann diese Nervenzellen betreffen. Nervenzellen haben viel, aber sie werden in eine bestimmte Anzahl von Typen geteilt. Diese Zelltypen werden charakterisiert, in dem sie (synthetisierte) bestimmte zu diesen Zellen einzigartige Proteine ausgedrückt werden. Bevor die Gene dieser Proteine Befürworter haben - ist das der Platz, der die Synthese der RNA auslöst. Wenn Sie es unter einem lichtempfindlichen Kanalgenbefürworter, diesem Typ von Zellen bauen, können Sie sich drehen oder vom Licht. Andererseits wurden diese Proteine der Licht abhängig von der Kalziumskonzentration gemacht. Sie können auch seine Synthese in einen besonderen Zelltyp einschließen.

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Es gibt eine Möglichkeit, auswählend Ansicht verschiedene Typen von Gehirnzellen übrigens zu arbeiten, in denen eingeht und über Kalzium herrscht. Wissenschaftler selbst können sich drehen oder von diesen Zellen, oder ihren Lauf verlangsamen. Studieren Sie jetzt die Zellbasis des Verhaltens, das mit den langweiligen Experimenten auf dem einzelnen Zellschalentier begonnen hat, kann auf Wirbeltieren ausgeführt werden.