Новый инструмент считывает химические сигналы мозга в режиме реального времени

Миллиарды нейронов обмениваются информацией, посылая электрические импульсы по длинным разветвленным структурам, называемым аксонами. Когда электрический сигнал достигает конца аксона, он не может преодолеть крошечный зазор до следующей клетки, известной как синапс. Вместо этого сигнал запускает высвобождение в синапс химических посредников, или нейромедиаторов. Глутамат, наиболее распространенный нейромедиатор в мозге, особенно важен для памяти, обучения и эмоций. Когда глутамат достигает следующего нейрона, он может вызвать его активацию и передачу сигнала дальше.

Этот процесс напоминает цепную реакцию, но гораздо сложнее. Каждый нейрон получает входные сигналы от тысяч других, и только определенные комбинации и паттерны этих входных сигналов активируют принимающий нейрон. Благодаря новому белковому сенсору ученые теперь могут определить, какие паттерны входящих сигналов приводят к активации нейронов, сообщает Scitech Daily.

Белок, разработанный учеными из Института Аллена и Медицинского института Говарда Хьюза, — молекулярный «индикатор глутамата» (iGluSnFR4). Он достаточно чувствителен, чтобы обнаружить самые слабые входящие химические сигналы, которыми обмениваются нейроны.
До сих пор наблюдение за этими входящими сигналами в живой ткани мозга было практически невозможно. Более ранние технологии были либо слишком медленными, либо недостаточно чувствительными для измерения активности в отдельных синапсах. В результате исследователи могли видеть лишь фрагменты нейронной коммуникации, а не полный обмен данными.

Выявляя, когда и где высвобождается глутамат, iGluSnFR4 предлагает новый способ интерпретации сложных паттернов активности, которые поддерживают обучение, память и эмоции. Теперь исследователи могут наблюдать за взаимодействием нейронов внутри мозга в режиме реального времени, а не делать косвенные выводы об их активности.

Результаты исследования могут существенно изменить методы измерения и анализа нейронной активности в нейробиологических исследованиях. Открытие имеет важное значение для лечения нейродегенеративных заболеваний. Аномальная передача сигналов глутамата связана с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера, шизофрения, аутизм и эпилепсия. Инструменты, позволяющие точнее отслеживать эти сигналы, должны помочь понять, что именно нарушается при этих расстройствах.

💥 Science

Бразильские дайверы встретились в Амазонке с анакондой

Эта змея не ядовита, ее слюна абсолютно безвредна для человека, хотя раны от зубов могут быть очень болезненны. К счастью, конкретно эта встреча ничем плохим не закончилась.

Анаконды, которые могут достигать длины в 6 метров и веса в 200 килограммов, правят водами Амазонки. Ведут почти полностью водный образ жизни, подстерегая добычу либо в воде, либо недалеко от берега.

Эти змеи прекрасно плавают и ныряют, могут очень долго оставаться под водой, при этом ноздри закрываются специальными клапанами.

💥 Science

Мука при определенных условиях может быть опаснее бензина!

Это происходит из-за химического состава: мука содержит крахмал, который при сгорании выделяет углекислый газ, воду и большое количество тепла.

На самом деле любая мелкодисперсная органическая пыль — мука, крахмал, сахарная пудра — при высокой концентрации в воздухе образует взрывоопасную смесь, получая доступ к кислороду. Поэтому на производствах очень серьёзно относятся к вентиляции.

💥 Science

Музыкальная набережная в Хорватии

В хорватском городе Задар есть уникальная набережная, которая звучит как гигантский морской орган. Скрытые трубы превращают движение волн в музыку — иногда спокойную, иногда тревожную и напряженную, но всегда непредсказуемую.

«Морской орган» был сконструирован в 2005 году архитектором Николой Башичем. Под каменной лестницей на берегу, протяжённость которой составляет примерно 70 метров, расположены под разными углами трубы разного диаметра и длины. Когда волны набегают на ступени, то из труб вытесняется воздух. И рождаются разнообразные мелодии, написанные самим Адриатическим морем.

💥 Science

Наблюдательный пункт

💥 Science

💥 Science

Доброе утро!

National Geographic показали пингвина, который спокойно и глубоко дышит, будто делает дыхательные упражнения, чтобы успокоиться.

Все мы под конец года

💥 Science

Экспериментальный препарат обращает вспять болезнь Альцгеймера у мышей

Команда из University Hospitals, Кейсовского университета Западного резервного района и Медицинского центра Луиса Стокса в Кливленде показала, что у мышей с прогрессирующей болезнью Альцгеймера (БА) могут полностью восстановиться когнитивные функции после лечения экспериментальным препаратом P7C3-A20. Соединение восстанавливает баланс NAD+ — ключевой молекулы клеточной энергии, уровень которой резко снижается в мозге пациентов с БА, что приводит к нарушению работы нейронов и ускоренной нейродегенерации.

Исследование проводилось на двух линиях мышей с генетическими мутациями, моделирующими болезнь у человека. Одна линия имела мутации, влияющие на обработку амилоида, другая — мутацию тау-белка. У обеих линий разрушалась структура нейронов, нарушался гематоэнцефалический барьер, снижалась связь между синапсами, а также наблюдались когнитивные нарушения, характерные для прогрессирующей БА. Введение P7C3-A20 полностью восстанавливало когнитивные функции, нормализовало и улучшало структурные показатели мозга.

Это сопровождалось нормализацией уровня фосфорилированного тау-217 в крови — недавно одобренного клинического биомаркера болезни Альцгеймера у людей. Таким образом, ученые показали, что заболевание может быть обратимо. Важно, что P7C3-A20 поддерживает физиологический баланс NAD+ без опасного повышения его уровня, в отличие от некоторых безрецептурных предшественников, способных вызвать избыточную стимуляцию и повысить риск возникновения рака.

Параллельно исследователи Северо-Западного университета продемонстрировали эффективность экспериментального препарата NU-9 на ранней стадии болезни, до появления симптомов. NU-9 нацелен на недавно идентифицированный токсичный подтип олигомеров бета-амилоида ACU193+, который накапливается внутри нейронов и активирует астроциты — обычно безобидные клетки, которые при переходе в реактивное состояние становятся разрушительными. Этот олигомер запускает каскад воспалительных процессов, вызывающих повреждение нейронов задолго до потери памяти.

«Болезнь Альцгеймера начинается за десятилетия до того, как появляются её симптомы, — говорит первый автор исследования Дэниел Кранц. — К моменту проявления симптомов лежащая в основе патология уже находится в продвинутой стадии. Вероятно, это одна из главных причин, по которой многие клинические испытания провалились».

Препарат NU-9 снижал уровень олигомеров ACU193+, предотвращал реактивный астроглиоз и уменьшал накопление аномальной формы белка TDP-43. Эти изменения позволяли замедлить или предотвратить разрушительные процессы, ведущие к нейродегенерации, и улучшали функционирование нейронных сетей в ключевых областях мозга, включая гиппокамп, отвечающий за обучение и память.

В экспериментах на мышах с ранней стадией болезни Альцгеймера препарат NU-9 показал высокую эффективность. При ежедневном приёме в течение 60 дней он заметно снижал количество токсичных белковых накоплений и уменьшал воспаление в разных областях мозга.

Обе группы отметили, что результаты пока ограничены доклиническими исследованиями. Исследователи планируют тестировать препараты на моделях поздней стадии болезни и проводить длительное наблюдение, чтобы оценить влияние на когнитивные функции и здоровье нейронов, а также разрабатывать методы ранней диагностики для будущих клинических испытаний.

💥 Science

Смотрите, какое волшебство!

Разработчик Нил Агарвал сделал сайт Size of Life, где можно сравнить размеры почти всех известных на данный момент живых организмов — от клетки ДНК до синего кита.

Что приятно, все иллюстрации сделаны без использования нейросетей. Их нарисовал вручную палеохудожник Юлиус Чотоньи. Создавал их на протяжении полугода.

💥 Science

Регулярные упражнения перепрограммируют нервы сердца

Автономная нервная система, которая регулирует работу сердца, действует как «регулятор интенсивности» сердцебиения. Физическая активность изменяет этот регулятор, но по-разному для левой и правой стороны, создавая скрытую асимметрию, которую ученые только начали исследовать. Эта ассимметрия может объяснить, почему некоторые методы терапии работают лучше на одной стороне тела, чем на другой.

Эксперименты показали, что у крыс, тренировавшихся в течение 10 недель, количество нейронов в правом кластере сердечно-сосудистых нервов увеличилось в четыре раза по сравнению с пассивными животными. При этом сами нейроны на правой стороне стали немного меньше по размеру. На левой стороне размер нейронов, наоборот, увеличился почти вдвое. Для анализа структуры использовались современные методы трехмерной визуализации, известные как стереология.

Эти результаты важны для лечения нарушений сердечного ритма, стенокардии и стресс-индуцированного синдрома «разбитого сердца». Они открывают возможность более точного воздействия на нервные узлы, например при блокаде или денервации, чтобы усилить эффект лечения на нужной стороне тела.

Следующим шагом исследователей станет изучение того, как изменения в структуре нервов влияют на работу сердца в состоянии покоя и при физических нагрузках, а также поиск аналогичных закономерностей у других животных и у человека с помощью неинвазивных методов.

💥 Science

Выглядит, как подводное шоу, но это только на первый взгляд

Ученые провели любопытное исследование в океанариуме Южной Калифорнии. Забросили к морским животным кучу пластиковых игрушек и посмотрели, что случится. Животные, надо признать, не растерялись.

На этих кадрах бычья и леопардовая акулы, а еще калифорнийский скат демонстрируют игровое поведение. Без наград, подкрепления кормом или любых других стимулов.

Да, просто играют ради собственного удовольствия. По словам ученых, проводивших исследование, это убедительное доказательство того, что акулы участвуют в играх.

💥 Science

99% работы сделано, остальное подождёт до завтра

💥 Science

Одиночество

Национальный парк «Таганай» (Челябинская область), Южный Урал.

📸Дубровинский Михаил Михайлович

💥 Science

Первая фотография иной звездной системы, звезды с двумя планетами

Крупнейший в мире оптический телескоп VLT еще в 2020 сделал этот снимок звезды TYC 8998-760-1, находящейся в 300 световых годах от Земли.

💥 Science

Пермские ученые создали материал для быстрого восстановления костей

Ученые Пермского Политеха впервые в России разработали методику получения высокопористого материала для костных имплантатов на основе фосфатов магния, не имеющую аналогов в стране. Каждый год миллионы людей обращаются в больницы с проблемами восстановления утраченных фрагментов костей. Около 500 млн человек в мире страдают от остеопороза, а также возникают сложные повреждения из-за аварий и операций. Для лечения таких повреждений хирурги используют специальные материалы в качестве временного каркаса. Долгое время «золотым стандартом» были имплантаты на основе фосфатов кальция, которые рассасываются медленно и остаются биологически пассивными.

Фосфаты магния являются альтернативой: они растворяются с оптимальной скоростью, освобождая место для новой ткани и активируя заживление. В пористую структуру можно встроить антибактериальные компоненты или вещества, ускоряющие восстановление. Имплантат будет высвобождать лекарства в зону перелома, повышая эффективность терапии и снижая побочные эффекты.

Пермские ученые синтезировали струвит — минерал, содержащий магний и фосфор, который при нагревании образует высокопористый материал. Этот материал имеет внутреннюю поверхность 266 кв. метров на грамм и объем пор до 0,34 см³ на грамм с радиусом пор 2,6 нанометра. Такое сочетание открывает новые возможности для медицинского применения.

💥 Science

Если всю жизнь «не до спорта», организм это запоминает. Но есть и хорошая новость — он умеет прощать

Финские учёные проследили, как уровень физической активности на протяжении взрослой жизни связан с риском метаболического синдрома — того самого набора из лишнего живота, повышенного давления, сахара и проблем с липидами, который сильно повышает риск диабета и сердечно-сосудистых болезней.

Что они сделали:
Наблюдали людей в возрасте 27, 42, 50 и 61 года — и посмотрели, кто как двигался по жизни, буквально.

В итоге получилось три типажа, очень узнаваемых:

🔴«Вегда в движении».
Регулярная физическая активность всю взрослую жизнь.
🔴«Раньше не получалось, но потом втянулся».
Активность выросла ближе к 50–60 годам.
🔴«Ну, я и так устаю».
Мало движения на всех этапах.

А теперь — сухие, но важные выводы:
🔴у тех, кто оставался малоподвижным, риск метаболического синдрома оказался почти в 4 раза выше;
🔴 у тех, кто начал больше двигаться в зрелом возрасте — риск всё ещё был выше, чем у «вечных активных», но заметно ниже, чем у тех, кто так и не начал двигаться больше.

Особенно хорошо работали самые примитивные форматы активности:
🔴ходьба,
🔴велосипед,
🔴упражнения на мышцы (без культа зала и героизма).

То есть да — организм помнит, как вы с ним обращались, но он будет очень благодарен, если вы вдруг решите одуматься.

💥 Science