Information

Hur ser och/eller upptäcker vi neuroner?

Hur ser och/eller upptäcker vi neuroner?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Jag är nyfiken på hur vi "ser" neuroner, i brist på en bättre term. Är det upptäckten av neurotransmittorerna? Kan vi bokstavligen se elektriciteten tända och röra sig längs vägarna? Är det en kombination av båda, eller något helt annat, som skannrar?

Vilken typ av teknik används för att göra dessa saker?

tack!


För närvarande är det stora inom neurovetenskap avbildning in vivo Kalciumfrisättning som korrelerar med neurons aktionspotentialer, se här. Varje vit fläck är en neuron, de svarta linjerna och cirklarna är blodkärl. Med denna metod kan du visualisera distribution och aktivitet av neuroner i realtid.


Hur ser och/eller upptäcker vi neuroner? - Biologi

Detekteringen av potentiellt farliga stimuli är en grundläggande egenskap hos både immunceller och perifera sensoriska neuroner. För att upptäcka farosignaler använder båda celltyperna specialiserade mönsterigenkänningsreceptorer (PRR) som känner igen mönsterassocierade molekylära mönster (PAMPs) från invaderande patogener och skadeassocierade molekylära mönster (DAMPs) från skadade värdceller.

Sensoriska neuroner uttrycker DAMP/PAMP-avkännande tollliknande receptorer (TLR) som signalerar icke-kanoniskt genom koppling till jonkanaler för att åstadkomma snabb modulering av sensorisk neuronexcitabilitet. TLRs kan också förändra neuronal excitabilitet via en långsammare MyD88-medierad kanonisk väg.

DAMP och PAMP-medierad modulering av perifer sensorisk neuronexcitabilitet kan framkalla smärta, klåda eller smärtlindring.

Databaser som uppstår från RNA-Seq-profilering av perifera sensoriska neuroner indikerar att de uttrycker många ytterligare PRR:er utöver TLR:er.

Sensoriska neuroner aktiveras av fysiska och kemiska stimuli, vilket framkallar förnimmelser som temperatur, beröring, smärta och klåda. Ur ett evolutionärt perspektiv är det viktigt att känna av fara för organismers överlevnad. Vid infektion och skada svarar immunceller på patogen/skada-associerade molekylära mönster (PAMPs/DAMPs) genom mönsterigenkänningsreceptorer (PRRs) såsom Toll-like receptors (TLRs), och producerar inflammatoriska mediatorer som aktiverar sensoriska neuroner genom neuroimmun interaktioner. Sensoriska neuroner uttrycker också TLR och andra PRR som direkt känner av farosignaler efter skada eller under infektion, vilket leder till smärta, klåda eller analgesi. Förutom långsamverkande kanonisk TLR-signalering fungerar TLR:er unikt i sensoriska neuroner genom icke-kanonisk koppling till jonkanaler, vilket möjliggör snabb modulering av neuronaktivitet. Vi diskuterar hur sensoriska neuroner använder TLR och andra PRR-vägar för att upptäcka farosignaler i sin miljö.


Formmodell /Lås och nyckelmodell

Denna modell hävdar att luktmolekyler med olika former passar in i deras kompatibla luktreceptorer, liknande hur en nyckel passar in i ett lås. Således passar luktmolekyler av olika former och storlekar in i olika receptorer.

När en molekyl låser sig i en receptor skickar receptorn en signal till hjärnan och vi känner därför lukten av den molekylen. Det borde betyda att vi har en receptor för varje lukt vi upptäcker.

Men vi har bara cirka 300 olika sorters receptorer. Det är som om vi har 300 lås, men tusentals nycklar som alla i vissa fall öppnar minst ett lås.

Detta ger upphov till Weak Shape Model. (Foto: gritsalak karalak/ Shutterstock)

Denna teori antyder att varje receptor är byggd för att passa bara en del av molekylen, snarare än hela molekylen. Vi kan anta att molekyler med liknande kemiska strukturer (liknande molekylgrupper) kommer att binda till liknande receptorer och därmed lukta likadant, eftersom endast nycklarna som passar in i ett lås kan öppna det. Till exempel kommer alla molekyler med en svavel-vätebindning att lukta som ruttna ägg.

Denna teori passar bra över observationer, men det finns undantag som den kan förklara. Vissa molekyler som är gjorda av samma grupper, men ordnade olika, luktar väldigt olika. Till exempel luktar vanillin (från vår latte) som vanilj, medan isovanillin har en otäck medicinsk lukt.


Att hitta neuronerna som kontrollerar törst

Hur vet vi när vi är törstiga och när vår törst är mättad? Törst regleras av nervceller i hjärnan, vilket kan stimulera och kväva lusten att dricka. Forskare vid Caltech har nu kartlagt kretsloppet för neuroner som styr processen i hjärnan hos möss. Denna studie, publicerad i Nature, ger insikt i hur däggdjur och potentiellt människor reglerar törst.

I mushjärnan är tre områden kända för att vara involverade i törst SFO eller subfornical organ, OVLT eller organum vasculosum laminae terminalis, och MnPO, median preoptisk kärna. De skapar en struktur i framhjärnan som ett ark, lamina terminalis (LT). Medan de flesta områden i hjärnan är avskärmade bakom den nästan ogenomträngliga blod-hjärnbarriären, interagerar SFO och OVLT direkt med blodomloppet i musen. Således kan hjärnan känna av natriumnivåer i blodet, vilket indikerar hur väl kroppen är återfuktad. Det gör LT till den primära spelaren när det gäller att känna av vätskenivåer och därför törstreglering.

Detta arbete leddes av Yuki Oka, biträdande professor i biologi, som tidigare har visat att regioner i LT innehåller excitatoriska neuroner som kan initiera drickande när de stimuleras. Studien, rapporterad i Nature, avslöjar hur de olika typerna av excitatoriska neuroner i LT formar kretsen som driver drickandet.

Särskilt MnPO-regionen visade sig vara central för att reglera törst. För det första kan SFO:n skicka de exciterande MnPO-signalerna, men signalerna går inte åt andra hållet. Dessutom, när excitatoriska MnPO-neuroner tystas, orsakar stimulering av SFO och OVLT drickande. Ett hierarkiskt förhållande avslöjas därmed. Törstsignaler från SFO och OVLT är integrerade i MnPO, som sedan skickar dem med för att komma igång med drickandet.

" När du är uttorkad kan du svälja vatten i flera sekunder och du känner dig nöjd. Men vid den tidpunkten är ditt blod inte rehydrerat ännu: det tar vanligtvis cirka 10 till 15 minuter. Därför skulle SFO och OVLT inte kunna upptäcka blodrehydrering strax efter att ha druckit. Ändå vet hjärnan på något sätt när den ska sluta dricka även innan kroppen är helt återfuktad, säger Oka.

På grund av skillnaden mellan rehydrerings- och mättnadssignaler i hjärnan, resonerade forskarna att en snabb signal måste kväva dricksbeteendet.

Utredarna fick reda på att några av de hämmande neuronerna i MnPO omedelbart reagerar på dricksaktivitet, direkt hämmar SFO-törstneuroner. Vätska aktiverar dem specifikt, medan fasta ämnen don&rsquot. Forskarna föreslog att intaget av vätskor övervakas av den hämmande genom rörelse av halsen när den sväljer, vilket just hämmar törstneuronerna.

"När du är riktigt törstig och snabbt suger i dig vätska, rör sig halsen på ett speciellt sätt som skiljer sig från att äta mat," förklarade huvudförfattaren till rapporten och kandidaten Vineet Augustine. "Vi tror att den hämmande befolkningen reagerar på denna rörelse med att snabbt inta vatten."

Även om hämmande neuroner i MnPO kan relatera till törstinhibering, föreslog forskargruppen att hjärnan har ytterligare signaler för mättnad.

"De hämmande signalerna vi upptäckte är bara aktiva under drickandet," sa Oka. " Men mättnadskänslan varar mycket längre. Detta indikerar att de MnPO-hämmande neuronerna inte kan vara den enda källan till törstmättnad. Detta kommer att bli föremål för framtida studier."

Utredarna identifierade också en annan krets som var involverad i lindring av törst. Även om dessa fynd fanns i mushjärnor, finns det liknande områden i mänskliga hjärnor. Forskarna noterar att en liknande krets kan finnas hos människor.


Att hitta neuronerna som kontrollerar törst

Hur vet vi när vi är törstiga och när vår törst är mättad? Törst regleras av nervceller i hjärnan, vilket kan stimulera och kväva lusten att dricka. Forskare vid Caltech har nu kartlagt kretsloppet för neuroner som styr processen i hjärnan hos möss. Denna studie, publicerad i Nature, ger insikt i hur däggdjur och potentiellt människor reglerar törst.

I mushjärnan är tre områden kända för att vara involverade i törst SFO eller subfornical organ, OVLT eller organum vasculosum laminae terminalis, och MnPO, median preoptisk kärna. De skapar en struktur i framhjärnan som ett ark, lamina terminalis (LT). Medan de flesta områden i hjärnan är avskärmade bakom den nästan ogenomträngliga blod-hjärnbarriären, interagerar SFO och OVLT direkt med blodomloppet i musen. Således kan hjärnan känna av natriumnivåer i blodet, vilket indikerar hur väl kroppen är återfuktad. Det gör LT till den primära spelaren när det gäller att känna av vätskenivåer och därför törstreglering.

Detta arbete leddes av Yuki Oka, biträdande professor i biologi, som tidigare har visat att regioner i LT innehåller excitatoriska neuroner som kan initiera drickande när de stimuleras. Studien, rapporterad i Nature, avslöjar hur de olika typerna av excitatoriska neuroner i LT formar kretsen som driver drickandet.

Särskilt MnPO-regionen visade sig vara central för att reglera törst. För det första kan SFO:n skicka de exciterande MnPO-signalerna, men signalerna går inte åt andra hållet. Dessutom, när excitatoriska MnPO-neuroner tystas, orsakar stimulering av SFO och OVLT drickande. Ett hierarkiskt förhållande avslöjas därmed. Törstsignaler från SFO och OVLT är integrerade i MnPO, som sedan skickar dem med för att komma igång med drickandet.

" När du är uttorkad kan du svälja vatten i flera sekunder och du känner dig nöjd. Men vid den tidpunkten är ditt blod inte rehydrerat ännu: det tar vanligtvis cirka 10 till 15 minuter. Därför skulle SFO och OVLT inte kunna upptäcka blodrehydrering kort efter att ha druckit. Ändå vet hjärnan på något sätt när den ska sluta dricka även innan kroppen är helt återfuktad, säger Oka.

På grund av skillnaden mellan rehydrerings- och mättnadssignaler i hjärnan, resonerade forskarna att en snabb signal måste kväva dricksbeteendet.

Utredarna fick reda på att några av de hämmande neuronerna i MnPO omedelbart reagerar på dricksaktivitet, direkt hämmar SFO-törstneuroner. Vätska aktiverar dem specifikt, medan fasta ämnen don&rsquot. Forskarna föreslog att intaget av vätskor övervakas av den hämmande genom rörelse av halsen när den sväljer, vilket just hämmar törstneuronerna.

"När du är riktigt törstig och snabbt suger i dig vätska, rör sig halsen på ett speciellt sätt som skiljer sig från att äta mat," förklarade huvudförfattaren till rapporten och kandidaten Vineet Augustine. "Vi tror att den hämmande befolkningen reagerar på denna rörelse med att snabbt inta vatten."

Även om hämmande neuroner i MnPO kan relatera till törstinhibering, föreslog forskargruppen att hjärnan har ytterligare signaler för mättnad.

"De hämmande signalerna vi upptäckte är bara aktiva under drickandet", sa Oka. " Men mättnadskänslan varar mycket längre. Detta indikerar att de MnPO-hämmande neuronerna inte kan vara den enda källan till törstmättnad. Detta kommer att bli föremål för framtida studier."

Utredarna identifierade också en annan krets som var involverad i lindring av törst. Även om dessa fynd fanns i mushjärnor, finns det liknande områden i mänskliga hjärnor. Forskarna noterar att en liknande krets kan finnas hos människor.


Uppfatta djup

Djupuppfattning är förmågan att uppfatta tredimensionellt rymd och att noggrant bedöma avstånd. Utan djupuppfattning skulle vi inte kunna köra bil, trä en nål eller helt enkelt navigera oss runt i snabbköpet (Howard & Rogers, 2001). Forskning har funnit att djupuppfattning är delvis baserad på medfödd kapacitet och delvis lärd genom erfarenhet (Witherington, 2005).

Psykologerna Eleanor Gibson och Richard Walk (1960) testade förmågan att uppfatta djup hos 6 till 14 månader gamla spädbarn genom att placera dem på en visuell klippa, en mekanism som ger uppfattningen om ett farligt avhopp, där spädbarn säkert kan testas för sin uppfattning om djup (Figur 4.22 “Visual Cliff”). Spädbarnen placerades på ena sidan av "klippan", medan deras mödrar ropade till dem från andra sidan. Gibson och Walk fann att de flesta spädbarn antingen kröp bort från klippan eller stannade kvar på brädan och grät för att de ville gå till sina mödrar, men spädbarnen uppfattade en klyfta som de instinktivt inte kunde ta sig över. Ytterligare forskning har funnit att även mycket små barn som ännu inte kan krypa är höjdrädda (Campos, Langer & Krowitz, 1970). Å andra sidan har studier också funnit att spädbarn förbättrar sin hand-öga-koordination när de lär sig att bättre greppa föremål och när de får mer erfarenhet av att krypa, vilket indikerar att djupuppfattning också lärs in (Adolph, 2000).

Djupuppfattning är resultatet av vår användning av djupledingar, budskap från våra kroppar och den yttre miljön som förser oss med information om rymd och avstånd. Binokulära djupsignaler är djupsignaler som skapas av näthinnebildsskillnader - det vill säga utrymmet mellan våra ögon, och som därför kräver koordination av båda ögonen. Ett resultat av näthinneskillnad är att bilderna som projiceras på varje öga skiljer sig något från varandra. Den visuella cortex slår automatiskt samman de två bilderna till en, vilket gör att vi kan uppfatta djup. Tredimensionella filmer använder sig av näthinneskillnader genom att använda 3D-glasögon som tittaren bär för att skapa en annan bild på varje öga. Det perceptuella systemet förvandlar snabbt, enkelt och omedvetet skillnaden till 3D.

En viktig binokulär djupsignal är konvergens, inåtvändning av våra ögon som krävs för att fokusera på föremål som är mindre än cirka 50 fot från oss. Den visuella cortexen använder storleken på konvergensvinkeln mellan ögonen för att bedöma objektets avstånd. Du kommer att kunna känna hur dina ögon konvergerar om du långsamt för ett finger närmare näsan samtidigt som du fortsätter att fokusera på det. När du blundar ena ögat känner du inte längre spänningen – konvergens är en binokulär djupsignal som kräver att båda ögonen fungerar.

Det visuella systemet använder också boende för att hjälpa till att bestämma djupet. När linsen ändrar sin krökning för att fokusera på avlägsna eller nära föremål, hjälper information som förmedlas från musklerna som är fästa vid linsen oss att bestämma ett objekts avstånd. Boendet är dock bara effektivt på korta siktavstånd, så även om det är praktiskt när man trär en nål eller knyter skosnören, är det mycket mindre effektivt när man kör bil eller sportar.

Även om de bästa signalerna till djupet uppstår när båda ögonen samverkar, kan vi se djupet även med ett stängt öga. Monokulära djupsignaler är djupsignaler som hjälper oss att uppfatta djup med endast ett öga (Sekuler & Blake, 2006). Några av de viktigaste sammanfattas i tabell 4.2 “Monokulära djupsignaler som hjälper oss att bedöma djup på avstånd”.

Tabell 4.2 Monokulära djupsignaler som hjälper oss att bedöma djup på avstånd


Hur fungerar luktsinnet?

Lukt är ett väldigt direkt sinne. För att du ska kunna lukta något, molekyler från den saken måste göra det till din näsa. Allt du luktar avger därför molekyler -- oavsett om det är bröd i bageriet, lök, parfym, en bit frukt eller vad som helst. Dessa molekyler är i allmänhet lätta, flyktig (lätt att avdunsta) kemikalier som flyter genom luften in i näsan. En bit stål har ingen lukt eftersom ingenting avdunstar från den - stål är ett icke-flyktigt fast ämne.

Längst upp i näsgångarna bakom näsan finns det en del speciella neuroner ungefär lika stor som ett frimärke. Dessa neuroner är unika genom att de är ute i det fria där de kan komma i kontakt med luften. De har hårliknande projektioner som kallas cilia som ökar deras yta. En luktmolekyl binder till dessa flimmerhår för att trigga neuronen och få dig att uppfatta en lukt.

Enligt boken Molecular Biology of the Cell:

Var och en av de hundratals receptorerna kodas av en specifik gen. Om ditt DNA saknar en gen eller om genen är skadad kan det göra att du inte kan upptäcka en viss lukt. Till exempel har vissa människor inget sinne för lukten av kamfer.

När du luktar många frukter eller blommor, är det du luktar estrar avdunstar från frukten eller blomman. Estrar är organiska molekyler. Till exempel kallas estern som ger en banan dess lukt isoamylacetat, och formeln för den är CH3COOC5H11. Den primära lukten av en apelsin kommer från oktylacetat, eller CH3COOC8H17. Estrar kan nu tillverkas på konstgjord väg, och det är därifrån artificiella smaker kommer.


Höghastighetsprocess

Den genomsnittliga mänskliga hjärnan innehåller cirka 120 miljarder neuroner, som ständigt tar emot och skickar information genom grenliknande bihang som kallas dendriter. Kemiska eller elektriska signaler som når dendriterna producerar små spänningsförändringar över cellens membran, som leds till cellkroppen. När summan av spänningsförändringarna når en point of no return, kallad tröskel, avfyrar neuronen en stor elektrisk spik - en aktionspotential. Denna stöt susar med hastigheter på upp till 150 meter per sekund längs en neuronal gren, känd som ett axon, till en annan uppsättning förgrenade bihang. Här skickar kemiska eller elektriska signaler informationen vidare till nästa uppsättning dendriter.

100 fladdermöss och en lång, mörk tunnel: en neurovetares strävan att låsa upp hemligheterna med 3D-navigering

Neuronala signaler konvergerar, divergerar och synkroniserar för att producera en symfoni av tankar, känslor, handlingar och reaktioner, från ansiktsrodnad till en babys hicka. Men forskarnas lyssningsverktyg är extremt begränsade. Först utvecklades på 1940-talet kan miniatyrelektroder så tunna som ett hårstrå sättas in i hjärnan, upp mot eller inuti neuroner, där de mäter membranspänningen med precision och hastighet. Men detta tillvägagångssätt kan användas för att övervaka bara en eller en handfull neuroner på en gång - och bara under en begränsad tid, eftersom elektroderna så småningom skadar cellen. Det är som att försöka förstå kärnan i ett orkestralt arrangemang genom att följa en spelare i några sekunder.

Buntar av mikroelektroder kan registrera den elektriska aktiviteten för upp till 200 celler samtidigt, men eftersom dessa elektroder är placerade nära neuroner snarare än inuti dem, kan de bara upptäcka aktionspotentialerna, de skarpaste topparna i elektrisk aktivitet. De är döva för mjukare toner - de små elektriska förändringarna som inte driver neuronen hela vägen till en aktionspotential. Dessa undertröskelspänningsförändringar är nyckeln till hjärnans funktion, eftersom de gradvis adderas för att avgöra om en neuron kommer att avfyras eller inte.

I hopp om att mäta tystare hjärnaktivitet i större cellpopulationer började forskare på 1960-talet leka med idén om en sensor eller sond som fluorescerar som svar på en elektrisk signal. De mest populära sonderna, kallade kalciumindikatorer, tänds när de binder till kalcium, som strömmar in i nervcellerna som ett resultat av en topp i elektrisk aktivitet. Men tekniken, känd som kalciumavbildning, ger bara en proxy, den registrerar inte direkt membranspänning. Och även om den kommer att visa signalen om stora händelser som aktionspotentialer, missar den saker som är avgörande för hjärnans funktion, som subtila svängningar i membranspänningen eller de elektriska signalerna som hämmar aktionspotentialer. Föreställ dig att bara kunna höra en skur av applåder efter en symfonikonsert: det är tydligt att orkestern har uppträtt, men vad den spelade är någons gissning.

På 1970-talet började forskare utveckla färgsensorer som upptäcker förändringar i membranspänningen direkt. De första versionerna av dessa färgämnen måste målas på hjärnan urskillningslöst, så de märkte alla celltyper, inklusive icke-neuronala celler, vilket gjorde det svårt att analysera aktiviteten hos specifika neuroner.

Sedan, på 1990-talet, började forskare testa indikatorer som kunde vara genetiskt modifierade för att endast dyka upp i neuroner av intresse. De första 3 genetiskt kodade spänningsindikatorerna (GEVI) utvecklades 1997. Sedan dess har forskare tagit fram mer än två dussin sensorer 4 . Några av dessa tillverkas genom att kombinera ett spänningskänsligt protein med fluorescerande molekyler (se "Fluorescensens smaker"). När dessa proteiner upptäcker en förändring i spänningen ändrar de sin 3D-struktur och ändrar fluorescensen hos molekylen de är kopplade till. Andra spänningsindikatorer är muterade versioner av mikrobiella rhodopsiner, fluorescerande molekyler som orsakar en förändring i spänningen över plasmamembranet som svar på ljus. Dessa proteiner kan också arbeta omvänt, ändra deras reaktion på ljus - och därmed deras fluorescens - som svar på en förändring i membranspänningen.


Hur berättar våra hjärnor att vi är törstiga?

En ny studie kartlägger hjärnkretsloppen som talar om för oss när vi behöver dricka vatten, samt när vi har fått nog. Forskningen avslöjade en neural hierarki genom att stimulera och undertrycka lusten att dricka hos möss.

Dela på Pinterest Vi behöver alla vatten, men hur berättar våra hjärnor oss att det är dags att dricka?

Att känna sig törstig är en sensation som alla och varje djur känner till.

Det är en upplevelse så vanlig att få av oss tänker på det. Men neurovetare är fascinerade av det.

I förhållande till en organisms överlevnad är törsten otroligt viktig. Ett djur som inte tar på sig vätskor när det behöver dem kommer inte att leva länge.

Utan vatten kommer de flesta av processerna i kroppen att gripa sig, och hos människor följer döden på ett kort antal dagar.

Även om tanken att våra hjärnor kan upptäcka vattennivåer i kroppen och driva vår lust att dricka inte är ny, håller den exakta neurovetenskapen bakom det bara sakta på att utvecklas.

Den senaste studien för att undersöka törstmekanismen utfördes av Yuki Oka, en biträdande professor i biologi vid Caltech i Pasadena, CA. Resultaten publicerades denna vecka i Natur .

En del arbete har redan gjorts på detta område. Studier har visat att en arkliknande struktur i framhjärnan, lamina terminalis (LT), är viktig vid törstreglering. LT består av tre delar: organum vasculosum laminae terminalis (OVLT), det subforniska organet (SFO) och median preoptisk kärna (MnPO).

Största delen av hjärnan är separerad från blodomloppet av blod-hjärnbarriären. Vid sidan av andra roller skyddar detta membran hjärnan från patogener, såsom bakterier. Men SFO och OVLT är ovanliga, de skyddas inte av blod-hjärnbarriären och kan komma i direkt kontakt med blodomloppet.

Denna direkta kommunikation med blodet gör att de kan bedöma natriumkoncentrationen, så blodets "sälta" är en bra indikation på hur hydrerat ett djur är.

Tidigare arbete har redan visat att LT innehåller excitatoriska neuroner. När de stimuleras i en mus framkallar det drickbeteende.

I denna nya studie fann forskarna att MnPO är särskilt viktigt, eftersom kärnan får exciterande input från SFO men inte vice versa.

De visade att när MnPO:s "excitatoriska neuroner är genetiskt tystade, stimulerar SFO eller OVLT" inte längre dricksbeteende hos mössen.

Denna studie är den första som beskriver LT:s hierarkiska organisation: MnPO samlar information från SFO och OVLT och skickar den vidare till andra hjärncentra för att utlösa dricksaktivitet.

Forskarna går också en bit på väg mot att svara på en annan fråga angående drickbeteende: hur vet vi när vi ska sluta? Prof. Oka förklarar gåtan och säger: "När du är uttorkad kan du svälja vatten i flera sekunder och du känner dig nöjd."

"Men", tillägger han, "vid den tidpunkten är ditt blod inte rehydrerat ännu: det tar vanligtvis cirka 10 till 15 minuter. Därför skulle SFO och OVLT inte kunna upptäcka blodrehydrering kort efter att ha druckit. Ändå vet hjärnan på något sätt när den ska sluta dricka redan innan kroppen är helt återfuktad."

Detta drar slutsatsen att det finns en annan, snabbare signal som informerar hjärnan att sluta dricka. Studier har visat att excitatoriska neuroner i LT tystnar när en mus börjar dricka, men exakt hur detta sker är inte känt.

Prof. Oka och team visade att hämmande neuroner i MnPO svarar på den fysiska verkan av att dricka och undertrycker aktivitet i SFO-törstneuronerna. Intressant nog gör de hämmande neuronerna bara sitt jobb som svar på intag av vätskor - och inte mat.

De tror att denna skillnad mellan vätskor och fasta ämnen är möjlig genom att övervaka rörelsen i orofarynx, som är den del av halsen som är involverad i sväljmekanismen. Dess aktivitet när man dricker är annorlunda än att äta.

“ När du är riktigt törstig och snabbt sväljer vätska, rör sig halsen på ett speciellt sätt som skiljer sig från att äta mat. Vi tror att den hämmande befolkningen reagerar på denna rörelse av att snabbt inta vatten."

Huvudförfattaren Vineet Augustine, en doktorand

Fynden bidrar till vår förståelse av det komplexa nätverk av interaktioner som talar om för oss när vi behöver dricka. Men enligt studieförfattarna finns det fortfarande mycket att lära.

Som prof. Oka förklarar, "De hämmande signalerna vi upptäckte är bara aktiva under drickandet. Men mättnadskänslan varar mycket längre. Detta indikerar att de MnPO-hämmande neuronerna inte kan vara den enda källan till törstmättnad."

"Detta kommer att vara ämne för framtida studier."

Naturligtvis utfördes studien på möss, men liknande regioner kan hittas i den mänskliga hjärnan. Forskarna tror därför att resultaten är applicerbara på oss också.


A Neuron’s Obsession tipsar om tankebiologi

Forskare har upptäckt att i hjärnans stora neurala nätverk är vissa celler, för att använda en teknisk term, kändisgroupies.

Genom att sondera djupt in i mänskliga hjärnor upptäckte ett team av forskare en neuron som endast väckts av Ronald Reagan, en annan cell som slagits av skådespelerskan Halle Berry och en tredje enbart ägnad åt Moder Teresa. Genom att testa andra enstaka mänskliga neuroner hittade de en hjärncell som hellre skulle se ett avsnitt av “The Simpsons” än Madonna.

I en mening är dessa fynd bara buller. De härrör från sällsynta inspelningar av elektrisk aktivitet i hjärnceller, insamlade av neuroforskare vid University of California, Los Angeles, under ett decennium av experiment med patienter som väntar på hjärnoperationer för svår epilepsi. Dessa stickningar av elektricitet gav dock forskarna möjligheten att lokalisera neuroner som hjälper till att länka samman våra uppfattningar, minnen och självmedvetenhet.

I sitt senaste arbete i år rapporterade forskargruppen att en enda mänsklig neuron kunde känna igen en personlighet genom bilder, text eller ljudet av ett namn — oavsett hur den personen presenterades. I tester reagerade en hjärncell bara på Oprah Winfrey, en annan bara på Luke Skywalker och en tredje pekade ut den argentinska fotbollsstjärnan Diego Maradona.

Varje neuron verkade förena bitar av sensorisk information till ett enda mentalt intryck. Forskarna tror att dessa celler är bevis på att det bara krävs en enkel krets av neuroner för att koda en idé, perception eller minne.

“Dessa nervceller kommer att avfyras till personen oavsett hur du presenterar dem,” säger bioingenjör Rodrigo Quian Quiroga vid U.K.s University of Leicester som studerade neuronerna med kollegor vid UCLA och California Institute of Technology. “Allt vi gör, allt vi tänker, allt vi ser är kodat av neuroner. Hur skapar neuronerna i vår hjärna alla våra uppfattningar om världen, alla våra känslor, allt vårt tänkande?”

Som enklast är en neuron en nervcell, en av de myriader som utgör vårt centrala nervsystem. Varje cell kan skicka och ta emot de elektrokemiska signalerna som laddar våra tankar och känslor.

I genomsnitt finns det fler neuroner i den mänskliga hjärnan än vad det finns galaxer i det kända universum — cirka 100 miljarder totalt, arrangerade på en ställning av en biljon eller så stödjande, trådliknande gliaceller. Våra inspirationer rasar genom tusentals miles av nervfibrer och axoner så kompakta att hela vårt neurala nätverk inte är större än en kokosnöt. Ingen hjärna är den andra lik, inte ens de hos enäggstvillingar.

För dessa forskare är nervceller hjärnans legoklossar — en byggsats som själv kan monteras till en tankekatedral. “Idén om rättvisa genereras förmodligen av en liten uppsättning neuroner som avfyrar,” säger Caltech-biofysikern Christof Koch, som studerar den biologiska grunden för medvetandet. “Det måste vara sant för alla saker som vi tänker på … talet pi …Gud.”

På vissa sätt fungerar varje neuron som om den har ett eget sinne. Vissa skjuter bara när de uppfattar en rät linje andra precis när de upptäcker en rät vinkel. Nya neuroner bildas varje dag. Ingen vet hur cellerna kan koda för en komplex tanke eller hur så många neuroner kan skapa ett sinne.

Rekommenderad läsning

I augustiupplagan av Current Biology rapporterade forskare vid UCLA, Caltech och University of Leicester om att titta på kändisar bland mänskliga neuroner i “Explicit Encoding of Multimodal Percepts by Single Neurons in the Human Brain.”

Forskare vid Weizmann Institute of Science rapporterade att dessa neuroner var avgörande för våra minnen av människor, platser och saker i “Internally Generated Reactivation of Single Neurons in Human Hippocampus Under Free Recall,” publicerad i Science.

I Proceedings of the National Academy of Sciences visade forskarna hur nervceller reflekterar vår medvetna igenkänning av bekanta människor, platser och saker i “Human single-neuron responses at the threshold of conscious recognition.”

Reporting in Nature identifierade forskarna neuroner som svarar på kändisar och landmärken i “Invariant visuell representation av enskilda neuroner i den mänskliga hjärnan.”

Caltechs neuroforskare Christof Koch utforskar forskningsutmaningen som det medvetna tänkandets biologi utgör i “The Quest for Consciousness: A Neurobiological Approach.”

Nobelpristagaren Gerald M. Edelman och neuroforskaren Giulio Tononi funderar över biologi och medvetenhet i “A Universe Of Consciousness How Matter Becomes Imagination.”

Det mesta av det vi har lärt oss om deras neurobiologi kommer genom avbildningsstudier, obduktionsanalyser eller djurförsök. Under normal circumstances, researchers can’t directly probe the cells of an awake, living human brain for ethical reasons.

In 1997, though, UCLA neurosurgeon Itzhak Fried and his colleagues started studying epilepsy patients who, as part of normal preparation for surgery, have electrodes implanted deep in their brain tissue. These electrodes are used to record neural activity that could identify the source of the patients’ intractable seizures. They also detect the activity of healthy cells around the electrodes, which gives the scientists an opportunity to study the biology of perception and memory. “This really offers us a glimpse into the human mind,” says Dr. Fried.

In five provocative experiments since 2005, the researchers used pictures of famous faces and places to screen neurons in brain areas that gather information from all our senses about a person or place we know and blend them into a long-term memory.

To start, Dr. Fried and his colleagues showed eight epilepsy patients 80 images of celebrities, animals, common objects and landmarks while recording the electrical activity of neurons wired to electrodes. They flashed each image for a second, shuffled the sequence into random order and then repeated it. They did that six times.

“You would present hundreds of stimuli — faces or celebrities or famous landmarks — and the neuron would respond to only one or two,” Dr. Fried says. “The incredible specificity was striking.”

In the magazine rack of the mind, some cover girls have a neuron all their own. Testing one patient, the researchers found a neuron that reacted instantly when shown almost any picture of Jennifer Aniston. This cell ignored other celebrities. It gave the cold shoulder to pictures of the actress with her former husband Brad Pitt. “The cells seemed to respond to the idea of Jennifer Aniston,” says Dr. Koch.

Testing a second patient, the researchers found a neuron that responded only to Halle Berry. The cell’s electrical activity jumped no matter how the actress was posed or how she was dressed. Again, this neuron showed no interest in other celebrities or to any other images of common objects or places.

Subsequent tests turned up single neurons in patients that fired selectively to pictures of former President Bill Clinton, The Beatles, or basketball player Michael Jordan. Each of these individual neurons behaved in a way that made the researchers believe that the cell was responding to a distillation of experience. “The neuron is responding to a concept, not a picture,” says Dr. Quian Quiroga. Moreover, each neuron acted as a trigger for recalling the concept they helped encode.

During a follow-up study at UCLA last year, the researchers showed 13 new volunteers wired to neural electrodes a set of 48 short video segments. In part, they wanted to see if neurons attuned any differently to moving pictures and changing scenery.

In fact, some cells did respond strongly to one video clip but not to others. In one patient, the researchers found a neuron that acted up only to The Simpsons cartoon series. “The neuron would spring to life when you showed the video of The Simpsons,” says Dr. Fried.

To be sure, few of us likely have a special brain cell devoted to Jennifer Aniston or Homer Simpson. Our cells are sensitive to more than brand names. They can attune themselves quickly to new people or places, often within a day. While monitoring one new patient’s brain, Dr. Quian Quiroga was surprised to encounter a neuron that already had him in mind.

“Suddenly,” he says, “I find a neuron firing in response to me.”