Мгновенное прикосновение нейронов впервые зафиксировано новой технологией визуализации

Китайские ученые впервые зафиксировали мгновенное «прикосновение» нейронов, длящееся миллисекунды, которое лежит в основе передачи сигналов в мозге. Это открытие, сделанное с помощью революционной технологии визуализации, разрешило многолетние споры о том, как синаптические пузырьки высвобождают нейротрансмиттеры. Исследователи из Научно-технического университета Китая и Шэньчжэньских институтов передовых технологий разработали первую в мире камеру, способную запечатлеть эти наноразмерные события.

Эта загадка оставалась неразрешенной более 50 лет, поскольку процесс происходит в нанометровом масштабе и в течение миллисекунд, что делало его практически недоступным для традиционной микроскопии. Чтобы преодолеть это, команда потратила 15 лет на создание криогенной электронной микроскопической платформы с беспрецедентной временной и пространственной точностью. В результате была получена система клеточной крио-электронной томографии, которая позволяет визуализировать нейронную активность с интервалом в миллисекунды и нанометровым разрешением.

Комбинируя оптогенетическую стимуляцию, метод, активирующий нейроны с помощью света, и высокоскоростную заморозку, исследователи зафиксировали более 1000 томограмм синапсов гиппокампа крысы. Эти изображения, замороженные в интервалах от 0 до 300 миллисекунд после активации, выявили последовательность событий, примиряющую две противоположные модели нейротрансмиссии. В течение четырех миллисекунд после активации пузырек образовывал крошечную пору слияния шириной около четырех нанометров, что было «поцелуем». Затем он уменьшался примерно до половины своей площади поверхности в фазе «сжатия». К 70 миллисекундам большинство пузырьков отделялись и перерабатывались, в то время как другие полностью сливались с пресинаптической мембраной.

Как резюмировано в журнале Science, исследование описывает унифицированный механизм синаптической передачи «поцелуй-сожмись-убеги». Эта модель демонстрирует, что нейронная коммуникация не является полностью преходящей или полностью необратимой, а представляет собой гибридный процесс, оптимизированный для скорости и эффективности. Достижение предоставляет новую перспективу для углубления нашего понимания обработки нейронной информации, а также связанных с ней функций мозга и механизмов заболеваний. Новая платформа визуализации также может быть применена для изучения других быстрых внутриклеточных процессов.