Светящиеся черви проливают свет на истоки поведения

Исследовательская группа из Вустерского политехнического института (WPI) и Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке разработала новую систему для визуализации активности мозга у нескольких свободно передвигающихся и необездвиженных червей Caenorhabditis elegans (C. elegans). Эта технология позволяет изучать генетику и нейронные цепи, связанные с поведением животных, а также может использоваться как инструмент высокопроизводительного скрининга для разработки лекарств от аутизма, тревоги, депрессии, шизофрении и других расстройств мозга.

Подробности технологии и первые результаты описаны в статье "High-throughput imaging of neuronal activity in Caenorhabditis elegans", опубликованной онлайн в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Новый подход к изучению нейронов

Основная цель — понять нейронные сигналы, управляющие поведением: как сенсорная информация обрабатывается в сети нейронов, приводя к конкретным решениям и реакциям. Для этого лаборатория использует крошечного (1 мм) прозрачного червя C. elegans, у которого всего 302 нейрона. Его прозрачность позволяет в реальном времени наблюдать физиологические процессы с помощью оптических микроскопов.

В отличие от традиционных исследований с одним обездвиженным червем, новая система позволяет одновременно изучать до 23 особей, свободно перемещающихся в специальной микрофлюидной "арене".

Эксперимент с запахами

Команда создала линию червей, у которых нейроны в голове начинают светиться при обнаружении запахов пищи. В арену подавались импульсы привлекательных или отталкивающих запахов, и наблюдалась реакция червей.

• В целом, черви двигались к положительным запахам и от отрицательных.
• Однако поведенческие реакции значительно различались у генетически идентичных особей, выращенных в одинаковых условиях.
• Сенсорные нейроны у всех животных реагировали на запахи сходным образом, но итоговый поведенческий выбор был разным.

От червей к человеку

Система также позволяет отслеживать сигналы через "интернейроны" — пути, связывающие сенсоры с остальной нейронной сетью ("мозгом" червя) и посылающие сигналы к мышечным клеткам.

Многие расстройства мозга у людей связаны со сбоями в нейронных сетях. Поскольку C. elegans и люди имеют много общих генов, открытие генетических причин различных нейронных реакций у червей может быть применимо к физиологии человека. Экспериментальные соединения, предназначенные для модуляции активности нервных клеток, можно сначала тестировать на червях с помощью этой системы, вводя их в арену вместе со стимулами и анализируя реакцию нервной системы.