การใช้วิธีการกำหนดเป้าหมายเซลล์ประสาทในหนูและสมองแมลงวันผลไม้อาจนำไปสู่ข้อมูลเชิงลึก
การใช้แสงเลเซอร์ เนื้อเยื่อที่พองออก และเทคนิคทางพันธุกรรมที่เป็นนวัตกรรม นักวิทยาศาสตร์เริ่มบังคับให้สมองต้องละทิ้งความลับของตนด้วยการผสมและจับคู่ความก้าวหน้าอันทรงพลังในกล้องจุลทรรศน์และชีววิทยาเซลล์ นักวิจัยได้ถ่ายภาพรายละเอียดที่ซับซ้อนของเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ในแมลงวันผลไม้และหนู หรือแม้แต่ควบคุมเซลล์ประสาทกลุ่มเล็กๆ ในหนูที่มีชีวิต
Hongkui Zeng นักประสาทวิทยาระดับโมเลกุลจากสถาบัน Allen Institute for Brain Science ในซีแอตเทิล ระบุว่า เทคนิคต่างๆ ที่ตีพิมพ์ในงานวิจัยใหม่ 2 ชิ้นนี้ เป็นก้าวย่างก้าวสำคัญในการทำความเข้าใจว่าสมองทำงานอย่างไร
“หากไม่มีเทคโนโลยีประเภทนี้ เราก็สามารถดูระดับซุปได้เท่านั้น” ซึ่งเซลล์ประสาทหรือเซลล์ประสาทที่หลากหลายถูกจัดกลุ่มและวิเคราะห์เข้าด้วยกัน แต่ผลการศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าเซลล์ประสาทสามารถศึกษาเป็นรายบุคคลได้ Zeng ผู้ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยกล่าวว่าวิธีการซูมเข้านั้นจะเริ่มเปิดเผยความหลากหลายมหาศาลที่มีอยู่ในหมู่เซลล์
“นั่นคือที่ที่สนามกำลังจะไป เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นมากที่ได้เห็นเทคโนโลยีช่วยให้เราทำเช่นนั้นได้” เธอกล่าว
ความสามารถใหม่เหล่านี้มาจากเครื่องมือหลายอย่าง ที่ Janelia Research Campus ของ Howard Hughes Medical Institute ในเมือง Ashburn รัฐเวอร์จิเนีย นักฟิสิกส์ Eric Betzig และเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนากล้องจุลทรรศน์อันทรงพลังที่สามารถเจาะลึกเข้าไปในชั้นเนื้อเยื่อสมองได้อย่างรวดเร็ว เครื่องนี้เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์แผ่นแสงแบบแลตทิซ โดยจะกวาดแผ่นแสงเลเซอร์บางๆ ผ่านสมอง เผยให้เห็นโครงสร้างของเซลล์ แต่ก็เหมือนกับกล้องจุลทรรศน์ทั่วๆ ไป มันชนกับกำแพงเมื่อโครงสร้างมีขนาดเล็กมาก ไม่สามารถแก้ไขส่วนเล็ก ๆ ของฉากได้
เคล็ดลับที่ขยายเนื้อเยื่อเหมือนบอลลูนใต้กล้องจุลทรรศน์ช่วยแก้ปัญหานั้นได้
วิธีการนี้เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์ขยาย (expansion microscopy) ทำให้ตัวอย่างขนาดเล็กมองเห็นได้ง่ายขึ้นโดยการผสมเจลที่บวมตัว นักประสาทวิทยา Edward Boyden นักวิจัย HHMI ที่ MIT ซึ่งห้องปฏิบัติการได้พัฒนาเทคนิคนี้กล่าว เจลช่วยรักษาโครงสร้างของเนื้อเยื่อในขณะเดียวกันก็ขยายออกไป
นักวิจัยรายงานใน วารสาร Science 18 มกราคม ว่าด้วยการเปลี่ยนกล้องจุลทรรศน์แบบแผ่นตาข่ายอันทรงพลังบนสมองแมลงวันผลไม้ที่ขยายออกและส่วนต่างๆ ของสมองของหนู ทีมนับการเชื่อมต่อของเซลล์ที่เรียกว่า synapses เห็นว่าสารไขมันที่เรียกว่าไมอีลินพันรอบส่วนขยายการส่งข้อความของเซลล์ประสาทและระบุเซลล์ประสาททั้งหมดที่ผลิตสารเคมีโดปามีน
มุมมองที่พิถีพิถันเหล่านี้จะช่วยให้ทำการทดลองได้มากขึ้น Betzig ซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิจัย HHMI ที่ University of California, Berkeley กล่าวเช่นการศึกษาว่า synapses มีลักษณะแตกต่างกันในบางโรคหรือว่า myelin เกิดขึ้นอย่างไรในระหว่างการพัฒนา “ถ้าคุณต้องการเจาะลึกลงไปในพื้นที่ใดด้านหนึ่งเหล่านี้ คุณสามารถทำได้ในตอนนี้” เขากล่าว
นอกจากรายละเอียดใหม่เหล่านี้เกี่ยวกับกายวิภาคของเซลล์ประสาทแล้ว ยังมีคำแนะนำเกี่ยวกับงานบางอย่างของเซลล์เหล่านี้อีกด้วย Karl Deisseroth จิตแพทย์และนักประสาทวิทยาที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนารูปแบบขั้นสูงของออพโตเจเนติกส์ ซึ่งเป็นเทคนิคที่ใช้แสงเลเซอร์เพื่อควบคุมเซลล์ประสาทที่ดัดแปลงพันธุกรรม ด้วยความก้าวหน้าในกล้องจุลทรรศน์และการปรับปรุงโปรตีนที่ตอบสนองต่อการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ นักวิจัยสามารถตรวจสอบพฤติกรรมของเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์และกระตุ้นพวกมันได้ตามต้องการ เปลี่ยนแปลงพฤติกรรมการกินของหนู ผลที่ได้อธิบายไว้ออนไลน์ในวันที่ 16 มกราคมในNatureว่าช่วยแก้ให้หายยุ่งกับเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมการกินและประสบการณ์ทางสังคม
ในการศึกษานี้ นักวิจัยมุ่งเป้าไปที่เซลล์ประสาทในคอร์เทกซ์ออร์บิโทฟรอนต์ทัลของหนู ซึ่งเป็นเนื้อเยื่อที่ยืดออกบนพื้นผิวด้านหน้าด้านนอกของสมอง เนื่องจากเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมการกินและพฤติกรรมทางสังคมผสมกันอยู่ที่นั่น จึงไม่ง่ายที่จะศึกษาแยกกัน
ทีมของ Deisseroth จึงใช้เทคนิคทางพันธุกรรมในการระบุเซลล์ประสาทเดี่ยวที่ทำงานเหมือนหนูทำพฤติกรรมบางอย่าง ในกรณีนี้คือการเลียน้ำที่มีแคลอรีสูงหรือโต้ตอบกับหนูตัวอื่น หลังจากระบุเซลล์บางเซลล์แล้ว นักวิจัยจึงใช้แสงเลเซอร์เพื่อกระตุ้นเซลล์ให้ทำงานและเฝ้าสังเกตพฤติกรรมที่เกิดขึ้น เมื่อนักวิทยาศาสตร์กระตุ้นเซลล์ประสาท “การกิน” จำนวนหนึ่ง หนูจะกินน้ำที่มีแคลอรีสูงมากขึ้น แต่เมื่อทีมงานไปกระตุ้นเซลล์ประสาททางสังคม การเลียลดลง ผลลัพธ์ที่บ่งบอกว่าปฏิสัมพันธ์ทางสังคมสามารถยับยั้งพฤติกรรมการกินได้
