Robot mapuje żywy mózg

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Badacze z MIT i Georgia Institute of Technology znaleźli sposób, by zautomatyzować proces wyszukiwania i nagrywania danych z neuronów w żywym mózgu. Opracowali ramię robota, którego ruchami kieruje wykrywający komórki algorytm komputerowy. Podczas testów wykazano, że w przypadku neuronów z mysiego mózgu zautomatyzowany próbnik pracuje z większą dokładnością niż ludzki eksperymentator.

Nowa metoda eliminuje konieczność wielomiesięcznego trenowania. Za jej pomocą akademicy mogą klasyfikować tysiące różnych typów komórek w mózgu, mapować, jak są ze sobą połączone i określać, czym komórki chore różnią się od zdrowych.

W ramach projektu współpracowały ze sobą multidyscyplinarne zespoły prof. Eda Boydena z MIT oraz Craiga Foresta z Georgia Tech. Artykuł nt. wyników badań ukazał się w piśmie Nature Methods.

Boyd przekonuje, że robot będzie szczególnie użyteczny przy badaniu schizofrenii, choroby Parkinsona, autyzmu i padaczki. We wszystkich tych przypadkach molekularny opis komórki, zintegrowany z jej właściwościami elektrycznymi i obwodowo-przewodzącymi, pozostawał nieuchwytny. Gdybyśmy potrafili opisać, jak choroby zmieniają cząsteczki w specyficznych komórkach żywego mózgu, moglibyśmy się przyczynić do znalezienia lepszych celów dla leków.

Amerykanie zautomatyzowali "patch clamping" całej komórki, w ramach którego po zassaniu mikropipetą wykrywa się przepływ prądu. Kiedy byłem w tym dość dobry, uświadomiłem sobie, że mimo iż jest to forma sztuki, da się ją sprowadzić do zestawu stereotypowych zadań i decyzji, które mogłyby być wykonane przez robota - opowiada student Foresta Suhasa Kodandaramaiah.

Zespół skonstruował ramię robota, które z mikrometrową dokładnością opuszcza mikropipetę na mózg znieczulonej myszy. Podczas przesuwania pipeta monitoruje impedancję, uogólnienie oporu elektrycznego. Gdy w pobliżu nie ma komórek, prąd przepływa i opór jest mały. Gdy czubek pipety natrafia na komórkę, przepływ prądu ulega zahamowaniu i rośnie impedancja.
Pipeta wykonuje "kroczki" o rozpiętości 2 mikrometrów, mierząc impedancję 10 razy na sekundę. Po wykryciu komórki natychmiast się zatrzymuje. Po zassaniu elektroda przebija się przez błonę i można mierzyć wewnętrzną aktywność elektryczną komórki. Zrobotyzowane ramię wykrywa komórki z 90-proc. dokładnością i w 40% przypadków ustanawia z nimi połączenie.

Naukowcy wykazali, że ich metoda nadaje się również do określania kształtu komórek. Wystarczy wstrzyknąć barwnik i gotowe. Obecnie trwają prace nad ekstrahowaniem zawartości komórek, by zbadać ich profil genetyczny (profil genów działających w danym momencie).

Aby skomercjalizować rozwiązanie, panowie założyli firmę Neuromatic Devices. Teraz koncentrują się na zwiększeniu liczby elektrod, tak by monitorować wiele neuronów naraz. Dzięki temu można by badać połączenia między różnymi częściami mózgu. Ich kolejnym celem jest sklasyfikowanie komórek nerwowych mózgu nie tylko według kształtu, ale także na podstawie aktywności elektrycznej i profilu genetycznego. To dałoby bardziej całościowy obraz pracującego mózgu.