Nova técnica joga luz sobre rede neurais humanas - um método para medir de forma não invasiva de redes neurais humanas

A nova técnica, desenvolvida por pesquisadores do Laboratório de Imagem Quantitativa Luz no Instituto Beckman, fornece um método para medir de forma não invasiva de redes neurais humanas, a fim de caracterizar como se formam.

Temos grandes receios sobre esta nova técnica, os riscos são imensos principalmente pelo simples fato de já existir uma técnica chamada MK-ULTRA que tem o objetivo de ler e manipular os cérebros humanos através de ondas que se combinam com as ondas cerebrais humanas. Embora esta nova pesquisa não seja invasiva segundo o artigo ainda assim é muito arriscada se cair em mãos erradas.

Usando a microscopia de interferência de luz espacial (SLIM) técnicas desenvolvidas por Gabriel Popescu, diretor do laboratório, os pesquisadores foram capazes de mostrar pela primeira vez como células-tronco embrionárias humanas neurônios derivados dentro de uma rede crescer, organizar espacialmente, e transportar materiais de forma dinâmica a um outro.

"Porque o nosso método é livre-label, que já fotografada este tipo de neurônios diferenciação e maturação de células progenitoras de neurônios ao longo de 12 dias sem dano", disse Popescu. "Acho que isso (técnica) é praticamente a única maneira que você pode monitorar por um longo tempo."

Relatórios científicos publicados recentemente seu artigo sobre o tema, " Caracterização de rótulo Livre de Emergentes Humanos Redes Neuronais ".

Usando a medição de lapso de tempo, os pesquisadores são capazes de observar as mudanças ao longo do tempo. "Estamos olhando para os neurônios a cada 10 minutos durante 24 horas para ver como a organização espacial e da dinâmica de transporte de massa mudar", disse Taewoo Kim, um dos principais autores no papel.

A técnica SLIM mede a distribuição de mudança de percurso óptico, ou o comprimento efetivo do caminho que a luz segue através da amostra. "A luz que atravessa o próprio neurônio será em um sentido mais lento do que a luz que atravessa os meios de comunicação ao redor do neurônio", explica Kim. Contabilidade para essa diferença permite aos pesquisadores ver célula atividade de como as células estão se movendo, formando grupos neurais, em seguida, conectar-se com outras células dentro do cluster ou com outros grupos de células.

"Neurônios individuais agem como eles estão ficando no Facebook", explica Popescu. "Em nossos filmes que você pode ver como eles estender esses braços, estes processos, e começar a formar novas conexões, o estabelecimento de uma rede." Como muitos usuários do Facebook, uma vez que algumas conexões foram feitas, os neurônios desviar a atenção à procura de mais conexões e começam a se comunicar uns com os outros, a troca de materiais e informações. De acordo com os pesquisadores, o processo de comunicação começa após cerca de 10 horas; para as primeiras 10 horas os estudos mostram que a principal atividade neuronal é dedicado a criar massa na forma de extensões ou neurites neurais, o que lhes permite estender seu alcance.

"Desde SLIM nos permite medir simultaneamente várias propriedades fundamentais dessas redes neurais como se formam, fomos capazes de, pela primeira vez compreender e caracterizar a ligação entre as mudanças que ocorrem em uma ampla gama de diferentes escalas espaciais e temporais. Isso é impossível de se fazer com qualquer outra tecnologia existente ", explica Mustafa Mir, um dos principais autores do estudo.

Os investigadores usaram células não tratadas e células que foram tratadas com cloreto de lítio, o que retarda o crescimento de neurites. Isto permitiu-lhes comparar a massa de ambas as células tratadas e não tratadas, e mostrou que o principal crescimento de células é durante a fase de conexão, onde os dendritos estão sendo estendidos dentro e entre clusters.

"Quando comparamos primeiro os dados das amostras tratadas e não tratadas, o potencial desta técnica para responder a questões importantes da neurociência e biologia do desenvolvimento tornou-se claro. Muitas doenças resultam em mudanças sutis na forma como as redes neurais organizar e se comportar, e agora temos uma ferramenta para estudar essas mudanças de uma maneira prática ", disse Mir.

O trabalho é feito em conjunto com um centro de ciência e tecnologia patrocinada pela National Science Foundation, emergentes Comportamentos de Sistemas Integrados celulares (EBIC), que é um esforço multi-institucional liderada pelo MIT, Georgia Tech, e da Universidade de Illinois. O site Illinois é liderado por Rashid Bashir, do Beckman 3D Micro e Nanosistemas Grupo e chefe do Departamento de Bioengenharia Illinois.

EBIC está examinando a maneira que os sistemas e padrões complexos subir de interações relativamente simples, com uma meta de construção de vida, máquinas multi-celulares que resolver problemas do mundo real em saúde, segurança e meio ambiente.

"Através deste centro, nos últimos quatro anos, temos desenvolvido uma série de ferramentas que tentam compreender a emergência, tentando definir o que significa a emergência", disse Popescu. "Este trabalho é um exemplo claro de nosso progresso em direção a definir e quantificar esse fenômeno importantes e universais.

"Desenvolvemos esses métodos com base em SLIM para entender em qual escala as células se organizam, tornam-se previsíveis. Nós quantificar emergência contra escalas espaciais e temporais em que ordem ocorre. A formação de uma rede de neurônios é um belo exemplo de como ocorre a emergência. Você implantar as células que não têm nada a ver um com o outro, eles são completamente independentes. Então, em menos de 24 horas eles começam a falar uns com os outros de forma mais como um conjunto, um grupo organizado, e não como indivíduos. Usando SLIM podemos atestar que, embora estruturalmente, as células individuais não mudam muito em escalas de tempo curto, é a sua disposição no espaço e no seu comportamento coletivo no tempo que evolui rapidamente. "

Popescu espera que seu trabalho vai ajudar na construção de máquinas que podem ajudar com questões relacionadas com a saúde, incluindo a doença de Alzheimer, as condições relacionadas com a memória e envelhecimento. O primeiro passo é identificar o comportamento determinista das células neurais e descobrir tratamentos que melhoram este comportamento previsível.

"Eu acho que nós temos um conjunto de boas ferramentas para tanto estrutural e dinamicamente dizer a diferença quando as células estão funcionando em vários modos agora. O plano é o de controlar a parte previsível, como o transporte de material em neurônios ou bater em células do coração, e espero obter as células para realizar pequenas tarefas ", disse Popescu.

"Embora neste estudo foram utilizados para examinar SLIM redes neurais, a tecnologia aqui apresentado pode ser aplicado a uma grande variedade de sistemas biológicos, isto é apenas a ponta do iceberg", disse Mir.

"A tecnologia SLIM detém uma grande promessa para redes baseadas em células de imagem não só, mas também fatias inteiras de tecido cerebral, onde as conexões estabelecidas durante o desenvolvimento são preservados e funcionalidades naturais são expressos", disse Martha Gillette, um neurocientista no Grupo Neurotech em o Instituto Beckman e colaborador no estudo. "As heterogeneidades entre as células individuais de regiões cerebrais funcionalmente especializadas estão surgindo como principais contribuintes para saudável contra estados doentes. A capacidade de analisar as células individuais dentro de um micro-ambiente multicelular que preserva a complexidade estrutural e funcional nativo do cérebro é um grande desafio que pode ser tratado utilizando SLIM. "

SLIM está sendo instalado na Suite Microscopia do Instituto Beckman, a fim de permitir que outros pesquisadores o acesso a esta técnica de imagem.

Fonte: http://beckman.illinois.edu/news/