6.4 C
Brusel
Středu únor 1, 2023

MIT odhaluje: Jak nervové systémy integrují prostředí a stát do řízení chování

ODMÍTNUTÍ ODPOVĚDNOSTI: Informace a názory reprodukované v článcích jsou těmi, kdo je uvedli a je jejich vlastní odpovědnost. Publikace v The European Times neznamená automaticky souhlas s názorem, ale právo jej vyjádřit.

SciTech Daily
SciTech Dailyhttps://www.scitechdaily.com
SciTechDaily nabízí to nejlepší inteligentní, informované pokrytí a analýzy vědy a techniky, které můžete denně najít, a získává obrovské množství skvělých spisovatelů a vynikajících výzkumných ústavů.
codeimg 5 - MIT odhaluje: Jak nervové systémy integrují prostředí a stát do řízení chování

Nový výzkum MIT odhaluje, jak jsou prostředí a stav integrovány do řízení chování. Podrobně se zabývali mechanismy, které řídí hladiny jediného čichového receptoru v jediném čichovém neuronu C. elegans červ na základě probíhajícího stavu a prožívaných podnětů.


Jednoduchý zvířecí model ukazuje, jak se podněty a stavy, jako jsou vůně, stresory a sytost, sbíhají v čichovém neuronu a řídí chování při hledání potravy.

Představte si, že bydlíte naproti pekárně. Někdy máte hlad, a proto jste v pokušení, když se z vašeho okna line vůně. Jindy vás však sytost přestane zajímat. Někdy se zdá, že vyskočení kvůli popoveru je bezproblémové, ale někdy je tam váš zlomyslný ex. Váš mozek vyvažuje mnoho vlivů při určování toho, co budete dělat.



Příklad této práce na mnohem jednodušším zvířeti je podrobně popsán v novém MIT studie. Zdůrazňuje potenciálně základní princip toho, jak nervové systémy integrují více faktorů, aby řídily chování při hledání potravy.

Všechna zvířata sdílejí problém zvažování různých smyslových podnětů a vnitřních stavů při formulování chování, ale vědci vědí jen málo o tom, jak k tomu ve skutečnosti dochází. Chcete-li získat hluboký vhled, výzkumný tým sídlící v Picowerově institutu pro učení a paměť se obrátil na C. elegans červ, jehož dobře definované stavy chování a 302-buněčný nervový systém činí tento složitý problém přinejmenším řešitelným. Objevili se případovou studií toho, jak se v klíčovém čichovém neuronu zvaném AWA sbíhají mnohé zdroje stavových a smyslových informací, aby nezávisle omezovaly expresi klíčového pachového receptoru. Integrace jejich vlivu na hojnost tohoto receptoru pak určuje, jak AWA vede toulání se za potravou.

svg%3E - MIT odhaluje: Jak nervové systémy integrují prostředí a stát do řízení chování

Neuron AWA se táhne od mozku červa k jeho nosu. Nová studie ukazuje, že mozek směruje mnoho vnitřních stavů a ​​smyslových podnětů k tomuto neuronu, což ovlivňuje expresi čichového receptoru. Součet těchto vlivů diktuje chování při hledání potravy. Kredit: Ian McLachlan/The Picower Institute


„V této studii jsme rozebrali mechanismy, které řídí hladiny jediného čichového receptoru v jediném čichovém neuronu, na základě probíhajícího stavu a podnětů, které zvířata prožívají,“ říká hlavní autor Steven Flavell, docent Lister Brothers na oddělení MIT. Mozkové a kognitivní vědy. "Pochopení toho, jak k integraci dochází v jedné buňce, ukáže cestu, jak k tomu může dojít obecně, v jiných neuronech červů a u jiných zvířat."

Postdoktor MIT Ian McLachlan vedl studii, která byla nedávno publikována v časopise eLife. Řekl, že tým nutně nevěděl, co zjistí, když začal.

"Byli jsme překvapeni, když jsme zjistili, že vnitřní stavy zvířete by mohly mít takový dopad na genovou expresi na úrovni senzorických neuronů - hlad a stres v podstatě způsobily změny v tom, jak zvíře vnímá vnější svět tím, že změnilo to, na co senzorické neurony reagují." on říká. „Byli jsme také nadšeni, když jsme viděli, že exprese chemoreceptorů nezávisí pouze na jednom vstupu, ale závisí na celkovém součtu vnějšího prostředí, nutričního stavu a úrovní stresu. Toto je nový způsob, jak přemýšlet o tom, jak zvířata kódují konkurenční stavy a podněty ve svých mozcích.“

Ve skutečnosti McLachlan, Flavell a jejich tým nehledali konkrétně neuron AWA nebo specifický čichový chemoreceptor, nazvaný STR-44. Místo toho se tyto cíle objevily z nezaujatých dat, která shromáždili, když se podívali na to, jaké geny se nejvíce změnily v expresi, když byli červi drženi v potravě po dobu tří hodin ve srovnání s tím, když byli dobře krmeni. Jako kategorie vykazovaly geny pro mnoho chemosenzorických receptorů obrovské rozdíly. Ukázalo se, že AWA je neuronem s velkým počtem těchto up-regulovaných genů a dva receptory, STR-44 a SRD-28, se mezi nimi jevily jako zvláště významné.


Tento výsledek sám o sobě ukázal, že vnitřní stav (hlad) ovlivnil stupeň exprese receptoru v senzorickém neuronu. McLachlan a jeho spoluautoři byli poté schopni prokázat, že exprese STR-44 se také nezávisle změnila na základě přítomnosti stresující chemikálie na základě různých pachů jídla a na tom, zda červ získal metabolické výhody konzumace potravy. Další testy vedené spoluautorem Talya Kramer, postgraduální studentkou, odhalily, které vůně spouštějí STR-44, což výzkumníkům umožnilo demonstrovat, jak změny v expresi STR-44 v AWA přímo ovlivnily chování při hledání jídla. A ještě další výzkum identifikoval přesné molekulární a obvodové prostředky, kterými se tyto různé signály dostávají do AWA, a jak působí v buňce při změně exprese STR-44.

Například v jednom experimentu McLachlan a Flavellův tým ukázali, že zatímco nakrmení i hladoví červi by se svíjeli směrem k oblíbeným pachům receptorů, pokud by byli dostatečně silní, pouze hladoví červi (které vyjadřují více receptoru) dokázali detekovat slabší koncentrace. V dalším experimentu zjistili, že zatímco hladoví červi po dosažení zdroje potravy zpomalí v přijímání potravy, i když dobře živení červi proplouvají kolem, umělou nadměrnou expresí STR-44 mohou přimět dobře živené červy, aby se chovali jako hladoví. Takové experimenty ukázaly, že změny exprese STR-44 mají přímý vliv na hledání potravy.

Další experimenty ukázaly, jak více faktorů tlačí a táhne na STR-44. Zjistili například, že když přidali chemikálii, která namáhá červy, prudce to snížilo expresi STR-44 dokonce i u hladovějících červů. A později ukázali, že stejný stresor potlačil nutkání červů svíjet se směrem k zápachu, na který STR-44 reaguje. Takže stejně jako byste se mohli vyhnout tomu, abyste chodili za nosem do pekárny, i když máte hlad, když tam uvidíte svého bývalého, červi při rozhodování, zda přistoupit k jídlu, zvažují zdroje stresu a hladu. Studie ukazuje, že tak činí na základě toho, jak tyto různé podněty a stavy tlačí a přitahují expresi STR-44 v AWA.

Několik dalších experimentů zkoumalo dráhy nervového systému červa, které do AWA přinášejí senzorické, hladové a aktivní stravovací podněty. Technická asistentka Malvika Dua pomohla odhalit, jak jiné neurony vnímající jídlo ovlivňují expresi STR-44 v AWA prostřednictvím inzulínové signalizace a synaptických spojení. Narážky na to, zda červ aktivně žere, přicházejí do AWA z neuronů ve střevě, které používají molekulární nutriční senzor zvaný TORC2. Tyto a cesta detekce stresu všechny působily na FOXO, což je regulátor genové exprese. Jinými slovy, všechny vstupy, které ovlivňují expresi STR-44 v AWA, tak činily nezávislým zatlačením a zatažením za stejnou molekulární páku.

Flavell a McLachlan poznamenávají, že dráhy jako inzulín a TORC2 jsou přítomny nejen v jiných senzorických neuronech červů, ale také v mnoha dalších zvířatech, včetně lidí. Navíc byly senzorické receptory up-regulovány půstem ve více neuronech než jen v AWA. Tyto překryvy naznačují, že mechanismus, který objevili v AWA pro integraci informací, je pravděpodobně ve hře v jiných neuronech a možná i u jiných zvířat, říká Flavell.

A McLachlan dodává, že základní poznatky z této studie by mohly pomoci při výzkumu, jak funguje signalizace střeva a mozku prostřednictvím TORC2 u lidí.

"To se objevuje jako hlavní cesta pro signalizaci ze střeva do mozku." C. elegans, a doufám, že to nakonec bude mít translační význam pro lidské zdraví,“ říká McLachlan.

Reference: „Různé stavy a podněty vyladí úrovně exprese čichových receptorů tak, aby modulovaly chování při hledání jídla“ od Ian G McLachlan, Talya S Kramer, Malvika Dua, Elizabeth M DiLoreto, Matthew A Gomes, Ugur Dag, Jagan Srinivasan a Steven W Flavell, 31 srpen 2022, eLife.
DOI: 10.7554/eLife.79557


Kromě McLachlana, Flavella, Kramera a Dua jsou dalšími autory článku Matthew Gomes a Ugur Dag z MIT a Elizabeth DiLoreto a Jagan Srinivasan z Worcester Polytechnic Institute.

Financování studie poskytly JPB Foundation, National Institutes of Health, National Science Foundation, McKnight Foundation a Alfred P. Sloan Foundation.

- Reklama -

Více od autora

- Reklama -
- Reklama -
- Reklama -
- Reklama - spot_img

Musíš číst

Poslední články