Когда люди и животные учатся и формируют воспоминания, физические структуры их мозговых клеток меняются. В частности, небольшие выступы, называемые дендритными шипами, которые получают сигналы от других нейронов, могут бесконечно расти и изменять форму в ответ на стимуляцию. Ученые из Флоридского института нейробиологии Макса Планка (MPFI) наблюдали этот процесс, известный как долговременная структурная пластичность, в отдельных позвоночниках, но для этого требуются значительное время и усилия. Новый метод, разработанный исследователями MPFI, автоматизирует процесс, чтобы сделать наблюдение и количественную оценку этого роста намного более эффективным. Метод с открытым исходным кодом доступен любому ученому, надеющемуся визуализировать пластичность, как это происходит в дендритных шипах, с помощью Scanimage. Работа была опубликована в январе 2016 года в журнале Public Library of Science, PLOS ONE.
Ученые, работающие в лаборатории Рёхей Ясуда в MPFI, работают над тем, чтобы понять, как белки способствуют пластичности дендритных шипов, биологической основе обучения и памяти. Они используют 2-фотонную микроскопию, передовую технику визуализации живых клеток, и извлечение глутамата, метод, который может вызвать пластичность в отдельных интересующих шипах с помощью света. Это кропотливый процесс, при котором ученый должен постоянно фокусировать микроскоп на одном дендритном отростке в течение длительного периода, часто в течение часа или дольше. Михаил Смирнов, к.D., Постдокторант в MPFI разработал программное обеспечение, которое позволяет компьютеру автоматически отслеживать, отображать и стимулировать до пяти дендритных шипов одновременно. "С помощью этой [программы] мы можем гораздо быстрее собрать данные и выяснить, какие белки ответственны за это, потому что мы можем проводить гораздо более надежные эксперименты," сказал Смирнов. Помимо увеличения производительности, возможность стимулировать и отображать несколько шипов одновременно значительно снижает стоимость проведения этих экспериментов.
Программное обеспечение представляет собой модуль на основе MATLAB, созданный для Scanimage, программы, уже широко используемой в медико-биологических лабораториях. Он включает электрически настраиваемый объектив в сочетании с алгоритмом коррекции дрейфа. Эти аспекты позволяют программе идентифицировать и корректировать движение образца, чтобы гарантировать, что микроскоп постоянно фокусируется на интересующих шипах на протяжении всего эксперимента. Интерфейс предоставляет недорогой метод автоматизации экспериментов, в которых можно наблюдать до пяти дендритных шипов одновременно, в отличие от одного шипа с использованием существующих методов.
В отличие от предыдущих программ фокусировки с открытым исходным кодом, в этой программе реализована высокопроизводительная и настраиваемая система коррекции фокусировки и дрейфа, чтобы гарантировать, что ее можно использовать для различных биологических приложений. "В документе объясняются дальнейшие изменения для автоматизации процесса," сказал Смирнов. "Он использует открытый исходный код, поэтому, по сути, другие люди из других институтов могут легко подобрать его и использовать для себя."