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Karl Deisseroth:使用Optogensics来揭示大脑中抑郁症的电路

Karl Deisseroth:使用Optogensics来揭示大脑中抑郁症的电路

发布:2010年4月1日
使用Optimetics来揭示大脑中抑郁症的电路

耻辱仍然存在。然而,我们很幸运能够生活在一个时代,其中主要抑郁和其他严重的精神疾病被认为是 - 基于生物学 - 基于的大脑和神经系统的故障,而不是个人失败或虚弱的标志。

神经细胞和电路水平出现了什么问题构成了神经科学的当前前沿。科学家每天都在推动该边界的边界,以矛盾地加剧和刺激的步伐中的成千上万的项目进展。

对于那些痛苦的人和他们的亲人来说,进展总是太慢,这是可以理解的。对于那些进行实验并将无数的点连接在人类大脑谜题中的人来说,他们的步伐简直令人叹为观止,因为他们知道自己对基本过程的理解正在迅速改变。

近年来,很少有神经科学家在阐明大脑是如何工作的问题上做了如此多的工作Karl Deisseroth,M.D.,Ph.D.,谁的职业,通过他自己的帐户,通过BBRF年轻的调查员补助金击败了快进模式。少数十年进入他的职业生活,他是一种技术的发明者,这是一个在神经科学中的全新领域引起的技术,他命名Optimetics.。简而言之,它涉及到利用光快速打开和关闭使神经元放电和停止放电的膜通道。有了这个工具,新的前景已经打开了机制,导致沮丧和其他大脑和神经系统功能障碍。

“我很早就得到了一个BBRF授予,它有很大的影响,部分是因为它这么早。格兰特给予我们的可信度效果不成比例。它真的推出了我们。“

Deisseroth在科学中的成功一直是陨石。自2005年以来,他姓名下面的几位科学论文出现在领先的科学期刊上,除了从授予Deisseroth授予的科学界的主要奖品和赞誉外,他的创新是在主流的新闻界中的广泛写作。

像所有的科学一样,光遗传学建立在先验知识的基础上。多年来,微生物生物学家已经知道某些微生物,如绿藻可以制造光激活蛋白。在这些蛋白质中有通道视紫质,这是一种微小的打开和关闭的门,它的激活使微小的生物体能够向光移动。Deisseroth认为这些蛋白质(例如,一种名为ChR2的家族成员)可能被引入哺乳动物的神经细胞中。如果这种蛋白质可以定位在细胞膜上,那么只需将一束光照射到受体上,就有可能激活该神经元。

CHR2的兴奋是它提供了一种方法来操纵单一类型的神经元,同时影响否地区的否则是前所未有的特异性。更多的over, Deisseroth’s team knew that light, if it were of just the right wavelength, could open or close the ChR2 “gate” in precisely the time-scale in which neurons fire — over a span of thousandths of a second, the “millisecond scale.”

“Optogenetics的本质,”Deisseroth说:“它使我们能够使用光来使神经元有活跃,并且它以大脑本身使用的语言为主。想想心脏:它的“语言”是每秒左右交付一个泵。好吧,如果你能想象一千个不同的单词或一个音节在一秒钟内发言,你就会了解大脑的语言。您需要以这种速度运行以了解它并与之通信。“

“通过光遗传学,你可以将你想要的信号传递给一个或多个你想要的细胞,然后看看它对动物行为的影响。”

Deisseroth的团队使用非福利病毒将CHR2基因递送到活小鼠和大鼠的特定神经细胞中。通过植入动物的头部中无痛的纤维探针,它们将凉爽的蓝光送到大脑上,并在指定神经元中成功地“打开”CHR2“门”,导致它们射击。“我们在我们的录音设备上看到了动作潜力 - 在神经元中发生的毫秒事件 - 只有在我们交付这些简短的闪烁时发生。它是一对一:一个简短的光脉冲,神经语言的一个'音节'。“

脑成像的最近进步已经为大脑功能提供了关键洞察力,但它们是被动技术。“通过光源,您实际上将您想要的信号传送到您想要的单元格或单元格,然后看看动物行为的效果是什么,”Deisseroth说。“这使我们能够从哺乳动物大脑的所有不同电路元素开始行进,触发行为,以便看到所有这些元素的作业是什么。”

这与他的实验室和许多其他实验室使用Deisseroth的ChR2方法从事的这项工作相比,是一个短暂的飞跃。在这项研究中,光遗传学被用来探究神经细胞通信中的故障,而这些故障被认为是精神疾病的根源。戴瑟罗斯说,“通过光遗传学在错误的模式下驱动回路”并观察其后果,现在可以尝试在活体模型动物身上创造特定疾病的症状。“我们也可以尝试纠正这些模式,也许通过向正确的细胞类型传递正确的脉冲。事实上,我们已经开始对帕金森氏症患者进行探索。”

众所周知,神经递质多巴胺在帕金森氏症中是失调的,但是,deisserth问道,“多巴胺到底对与该疾病有关的大脑回路有什么作用?”“这是一个用电极和化学物质实验无法解决的基本谜题。”通过电极传递信号——一种被称为脑深部刺激(DBS)的实验方法——已经显示出一定的能力来缓解帕金森氏症的症状,尽管确切原因尚不清楚。DBS在难治性重度抑郁症中的应用也是如此,这是由杰出研究者首创的一种治疗方法Helen Mayberg.。当DBS被送到大脑皮层的第25区时,有相当比例的研究对象的症状得到了缓解。这促使deisserth将光遗传学和其他方法应用于抑郁症及其神秘机制的研究。

Deisseroth团队在2007年使用了一种称为电压敏感染料成像的技术,揭示了抑郁大鼠的大脑中发生了什么。Thomas Insel, M.D., head of the NIMH, called this a “stunning demonstration” of new technology whose ability to capture circuit dynamics in high resolution and in real-time — in the form of a movie — was likely to help build a “foundation for understanding depression as a brain disorder.”

Deisseroth使用光学方法获得大鼠的脑细胞以响应导致它们射击的电气排放而发光。这表明,在抑制大鼠的抑制大鼠的抑郁大鼠中,海马的一部分发光或“活性”区域比健康大鼠更小;当抑郁的动物用Prozac处理时,发光区域的大小尺寸较大。在这些同样的动物中,团队还会成像新神经元的诞生,支持抗抑郁治疗刺激神经发生的其他证据。然而,批判性地,当他们抑制牙齿过滤的神经发生时,大鼠没有抑郁。新神经元的诞生可以占抗抑化处理的成功;但本身不能引起抑郁症。“我们得出结论,抑郁症和抑郁症治疗在细胞水平的不同机制中运作,”Deisseroth说;“但他们确实分享了普通路径。”

利用这项技术和光遗传学技术,Deisseroth和他的同事们将试图“更深入地了解抑郁症回路中的‘参与者’——哪些是重要的,他们用什么来促进回路的活动,以及抑制它。”它们是否只有在某些条件下才会运行异常?如果有,条件是什么?”

他正在谈论在它的生物基础上获得抑郁症的照片,在形成人脑的纠结的电路网内。“我们正在寻找海马和其他大脑地区之间的互连,并试图了解我们可能在地区内部和地区之间进行沟通失败。”

与Dr. deisserth的特色问答:

使用Optimetics来揭示大脑中抑郁症的电路2010年4月1日星期四

耻辱仍然存在。然而,我们很幸运能够生活在一个时代,其中主要抑郁和其他严重的精神疾病被认为是 - 基于生物学 - 基于的大脑和神经系统的故障,而不是个人失败或虚弱的标志。

神经细胞和电路水平出现了什么问题构成了神经科学的当前前沿。科学家每天都在推动该边界的边界,以矛盾地加剧和刺激的步伐中的成千上万的项目进展。

对于那些痛苦的人和他们的亲人来说,进展总是太慢,这是可以理解的。对于那些进行实验并将无数的点连接在人类大脑谜题中的人来说,他们的步伐简直令人叹为观止,因为他们知道自己对基本过程的理解正在迅速改变。

近年来,很少有神经科学家在阐明大脑是如何工作的问题上做了如此多的工作Karl Deisseroth,M.D.,Ph.D.,谁的职业,通过他自己的帐户,通过BBRF年轻的调查员补助金击败了快进模式。少数十年进入他的职业生活,他是一种技术的发明者,这是一个在神经科学中的全新领域引起的技术,他命名Optimetics.。简而言之,它涉及到利用光快速打开和关闭使神经元放电和停止放电的膜通道。有了这个工具,新的前景已经打开了机制,导致沮丧和其他大脑和神经系统功能障碍。

“我很早就得到了一个BBRF授予,它有很大的影响,部分是因为它这么早。格兰特给予我们的可信度效果不成比例。它真的推出了我们。“

Deisseroth在科学中的成功一直是陨石。自2005年以来,他姓名下面的几位科学论文出现在领先的科学期刊上,除了从授予Deisseroth授予的科学界的主要奖品和赞誉外,他的创新是在主流的新闻界中的广泛写作。

像所有的科学一样,光遗传学建立在先验知识的基础上。多年来,微生物生物学家已经知道某些微生物,如绿藻可以制造光激活蛋白。在这些蛋白质中有通道视紫质,这是一种微小的打开和关闭的门,它的激活使微小的生物体能够向光移动。Deisseroth认为这些蛋白质(例如,一种名为ChR2的家族成员)可能被引入哺乳动物的神经细胞中。如果这种蛋白质可以定位在细胞膜上,那么只需将一束光照射到受体上,就有可能激活该神经元。

CHR2的兴奋是它提供了一种方法来操纵单一类型的神经元,同时影响否地区的否则是前所未有的特异性。更多的over, Deisseroth’s team knew that light, if it were of just the right wavelength, could open or close the ChR2 “gate” in precisely the time-scale in which neurons fire — over a span of thousandths of a second, the “millisecond scale.”

“Optogenetics的本质,”Deisseroth说:“它使我们能够使用光来使神经元有活跃,并且它以大脑本身使用的语言为主。想想心脏:它的“语言”是每秒左右交付一个泵。好吧,如果你能想象一千个不同的单词或一个音节在一秒钟内发言,你就会了解大脑的语言。您需要以这种速度运行以了解它并与之通信。“

“通过光遗传学,你可以将你想要的信号传递给一个或多个你想要的细胞,然后看看它对动物行为的影响。”

Deisseroth的团队使用非福利病毒将CHR2基因递送到活小鼠和大鼠的特定神经细胞中。通过植入动物的头部中无痛的纤维探针,它们将凉爽的蓝光送到大脑上,并在指定神经元中成功地“打开”CHR2“门”,导致它们射击。“我们在我们的录音设备上看到了动作潜力 - 在神经元中发生的毫秒事件 - 只有在我们交付这些简短的闪烁时发生。它是一对一:一个简短的光脉冲,神经语言的一个'音节'。“

脑成像的最近进步已经为大脑功能提供了关键洞察力,但它们是被动技术。“通过光源,您实际上将您想要的信号传送到您想要的单元格或单元格,然后看看动物行为的效果是什么,”Deisseroth说。“这使我们能够从哺乳动物大脑的所有不同电路元素开始行进,触发行为,以便看到所有这些元素的作业是什么。”

这与他的实验室和许多其他实验室使用Deisseroth的ChR2方法从事的这项工作相比,是一个短暂的飞跃。在这项研究中,光遗传学被用来探究神经细胞通信中的故障,而这些故障被认为是精神疾病的根源。戴瑟罗斯说,“通过光遗传学在错误的模式下驱动回路”并观察其后果,现在可以尝试在活体模型动物身上创造特定疾病的症状。“我们也可以尝试纠正这些模式,也许通过向正确的细胞类型传递正确的脉冲。事实上,我们已经开始对帕金森氏症患者进行探索。”

众所周知,神经递质多巴胺在帕金森氏症中是失调的,但是,deisserth问道,“多巴胺到底对与该疾病有关的大脑回路有什么作用?”“这是一个用电极和化学物质实验无法解决的基本谜题。”通过电极传递信号——一种被称为脑深部刺激(DBS)的实验方法——已经显示出一定的能力来缓解帕金森氏症的症状,尽管确切原因尚不清楚。DBS在难治性重度抑郁症中的应用也是如此,这是由杰出研究者首创的一种治疗方法Helen Mayberg.。当DBS被送到大脑皮层的第25区时,有相当比例的研究对象的症状得到了缓解。这促使deisserth将光遗传学和其他方法应用于抑郁症及其神秘机制的研究。

Deisseroth团队在2007年使用了一种称为电压敏感染料成像的技术,揭示了抑郁大鼠的大脑中发生了什么。Thomas Insel, M.D., head of the NIMH, called this a “stunning demonstration” of new technology whose ability to capture circuit dynamics in high resolution and in real-time — in the form of a movie — was likely to help build a “foundation for understanding depression as a brain disorder.”

Deisseroth使用光学方法获得大鼠的脑细胞以响应导致它们射击的电气排放而发光。这表明,在抑制大鼠的抑制大鼠的抑郁大鼠中,海马的一部分发光或“活性”区域比健康大鼠更小;当抑郁的动物用Prozac处理时,发光区域的大小尺寸较大。在这些同样的动物中,团队还会成像新神经元的诞生,支持抗抑郁治疗刺激神经发生的其他证据。然而,批判性地,当他们抑制牙齿过滤的神经发生时,大鼠没有抑郁。新神经元的诞生可以占抗抑化处理的成功;但本身不能引起抑郁症。“我们得出结论,抑郁症和抑郁症治疗在细胞水平的不同机制中运作,”Deisseroth说;“但他们确实分享了普通路径。”

利用这项技术和光遗传学技术,Deisseroth和他的同事们将试图“更深入地了解抑郁症回路中的‘参与者’——哪些是重要的,他们用什么来促进回路的活动,以及抑制它。”它们是否只有在某些条件下才会运行异常?如果有,条件是什么?”

他正在谈论在它的生物基础上获得抑郁症的照片,在形成人脑的纠结的电路网内。“我们正在寻找海马和其他大脑地区之间的互连,并试图了解我们可能在地区内部和地区之间进行沟通失败。”

与Dr. deisserth的特色问答: