This is a stunning advance.

CIMG2313.jpgTuollaisia lausahduksia kun lukee Naturen News&Views-osastosta, on yleensä syytä tarkistaa päivämäärä – vaikka usein asiat on “remarkable”, “surprising”, tai jopa “revolutionary”, “stunning” on sana jota ei usein näe.

Niinpä tänään uunituoreen Naturen juttuja selaillessani tosiaankin tarkistin, ettei ole julkaisupäivänä 1.4; pientä lisäkiinnostusta herätti myös se, että julkaistun artikkelin sisältöä ruodittiin ei yhdessä vaan kahdessa editoriaalissa. “It is the best thing that has happened in neuroscience in a good long time.”

Ja onhan se. Vaikka kokonaisen päivän tässä olen asiaa henkisesti jo märehtinyt, niin vieläkin tulee ihan fyysistä huimausta tästä. Antakaas kun kerron.

Niinkuin ehkä on blogin lukijoille tullut tiedoksi, minä mittailen hermosolujen toimintaa. Sellaisella varsin hyväksi koetulla ja rutiininomaisella (vaikkakin vaivalloisella) tavalla, että kalastan niitä neuroneja pikkuruisen sähköäjohtavan neulan kärkeen jolla näen, minkälaisia sähkövirtoja solun sisällä kulkee. Sitten taas kun haluan tietää, miten solu vastaa hermoimpulssiin, sijoitan toisen neulan jonnekin miljoonien hermosäikeiden sekaan ja ammun siitä pikkuruisen virtapulssin ulos, joka toivon mukaan virittää sen yhden säikeen laukaisemaan aktiopotentiaalin – eli sellaisen jännitepiikin joita näkyy esim tässä mun YouTube-pätkässä. Sitten jos satun olemaan erityisen onnekas, tämä hermosäie päättyy sen solun pinnalle jota mittailen, ja sitten ehkä voin havainnoida, että miten tämä neuronien välinen yhteys toimii.

Näin siis teoriassa, käytännössä melkein kaikki aika kuluu siihen, että yritän vaivalla löytää sitä yhtä solua ja sitä yhtä säiettä, jotka olis sopivasti yhteydessä kaikkien niiden kaziljoonien seasta. Oon tullut tässä toimessa huomattavan taitavaksi jo, ja osaan aika hyvin arvailla että mistä niitä yhteyksiä kannattaa lähteä etsimään. Mutta koska säikeissä ei valitettavasti ole nimilappuja (niinkuin kunnon johtovyyhdeissä kuuluu olla), en voi vieläkään tietää että mikä solu olisi siellä säikeen alkupäässä puhumassa näitä asioita sille solulle, jota neulankärjellä kutittelen.

 

CIMG2307.jpgSitten kun olis kiva tietää, että onko tää mitä mä ny oon mitannu siitä yhdestä solusta millään lailla edustava näkymä siihen, mitä ne solut ylipäätään tekee…. niin sitä varten sitten pitää mittailla satamiljoonaa kertaa.

Onneksi tähän on tullut avuksi jo kuvannustekniikka: voidaan tehdä niin, että solut käytännössä vaihtavat väriään sen mukaan, mitä siellä solussa sisällä tapahtuu – ja jos tutkija on varustettu sopivan kalliilla laitteistolla, hän voi “helposti” suorittaa mittauksia kymmenistä, jopa sadoista soluista kerralla. Näin voidaan tavallaan filmata reaaliajassa mitä kokonainen neuroniverkko tekee, jopa elävässä, hereillä olevassa eläimessä.

Mutta vaikka nyt onkin tämä neuroniverkosta laajalti “lukeminen” tullut mahdolliseksi, se toisensuuntainen kommunikaatio – “kirjoittaminen” eli, signaalin syöttäminen neuroverkkoon – on edelleenkin ollut ikävän vanhanaikaista ja kömpelöä – on se stimulointielektrodi josta aiemmin kerroin, joka vaikka kuinka kapea olisi vaikuttaa kuitenkin määrittelemättömään joukkoon soluja; jos halutaan spesifisesti virittää vain yksi tietyntyyppinen solu, voidaan sekin seivästää neulaan ja hallita sen aktiopotentiaaleja sitten hyvin tarkasti, mutta taas ollaan sen ongelman edessä, että meilla on vain yksi solu jonka kautta kommunikoida verkon kanssa.

CIMG2311.jpg Kiertoratkaisuja on kehitetty: on esimerkiksi mahdollista lasersäteellä tuhota yksittäisiä soluja tai katkoa säikeitä (vähän hienostuneempi versio klassisesta “leikataan tämä osa aivoa pois, katsotaan mitkä toiminnallisuudet katoavat”-kokeesta). Apua tuovat myös “häkitetyt” (lukitut?? caged) molekyylit, jotka muuttuvat toimiviksi kun niitä sädetetään sopivalla lasersäteellä; voidaan esimerkiksi huljuttaa neuroverkkoa häkitettyä signaalimolekyyliä sisältävässä liemessä, ja tarkoin tähdätyllä lasersäteellä sitten vapauttaa signaalimolekyyliä sellaisten solujen luona joiden halutaan laukovan aktiopotentiaaleja.

Tämä toimiikin varsin hyvin monenlaisissa oppikirjatilanteissa, joissa solut ovat syystä tai toisesta yleensä hiljaa ja vain tietyissa olosuhteissa ryhtyvät “spaikkaamaan”. Ikävä kyllä, yhä enemmän alkaa olla selvää, että suuri osa neuroneista ei tosiaankaan ole normaalisti hiljaa, ja niiden tutkimiseen ei suuresti auta se, että sinne tai tänne tulee pari ylimääräistä aktiopotentiaalia.

Tarvittaisiin siis paitsi kytkin, josta voisi “käynnistää” halutun solun, myös “sammuttaa” sen. 

Zhang & al ovat nyt sit tehneet tämän. Ensin muokkasivat leväproteiinista sinisellä valolla aktivoituvan, solua aktivoivan kanavan, ja sen jälkeen arkkibakteerista löytyneen proteiinin pohjalta väsättiin keltaisella valolla aktivoituva solua hiljentävä kanava. Täydellisen nerokkaaksi ja elegantiksi tämän tekee se, että keltaisen ja sinisen valon väliin jää aivan mainiosti tilaa vihreälle, jota voi sitten käyttää esimerkiksi kalsiumin mittaamiseen (meillä labrassa rakennettu mutanttihiiri esimerkiksi on sellainen, että sen solut vaihtaa vihreän värinsä voimakkuutta kalsiumin mukaan).

Katsokaa nyt ja ihastelkaa näitä hippokampus-soluista tehtyjä “vanhanaikaisia” sähköfysiologisia mittauksia:

nature05744-f2.2.jpg 

 

Tuossa siis solu, joka on tyyppiä “oppikirjamaisesti hiljaa”, saadaan laukaisemaan aktiopotentiaali aina kun sille näytetään sinistä valoa (siniset pystyviivat tuossa alla) mutta kun samaan aikaan näytetään keltaista valoa, aktiopotentiaalit jää pieniksi nykeröiksi.

Tää kaikki mahdollistaa aivan käsittämättömiä visioita. Voidaan vaikkapa ensteks nauhoittaa jonkun tietyn soluryhmän toimintaa “normaalitilanteessa”, ja sitten saattaa vastaava soluryhmä toisaalla, tai toisissa olosuhteissa soittamaan samaa biisiä ja tarkastella koko verkoston reaktioita tähän.CIMG2299.jpg In vivo-kokeet vaatii aina vähän enemmän säätämistä, mutta nykyäänkin meillä mittaillaan valosignaaleja pikkuaivoista kallon läpi. Joku tuossa taannoin jo nykersi (käyttäen ilmeisesti tuota noiden väsäämää sinisellä valolla toimivaa neuronien käynnistintä) mutanttikärpäsen, jonka liikkumista voitiin ohjata valolla; mä näen jo kokeita, joissa valoa käyttämällä saadaan hiiri nukahtamaan kun sillä aktivoidaan jotkut tietyt solut, ja toisaalla pohditaan voitaisiinko tällä korvata ihmisten hoidossa käytetty deep brain stimulation (kuhan ensteks keksitään että miten ne kytkimet saadaan turvallisesti ihmisaivoon). (Kaikki mind-control-paranoidistit huomio: tarkistakaa miten hyvin foliohattunne heijastavat valoa aallonpituuksilla 300-375 ja 475-650 nm!!)

Puuhk. En tiedä tuliko tästä kellekään mitään selvyyttä… mutta, tiivistettynä, tää on vähän sama kuin yhtäkkiä lukisi, että ovat pojat väsänneet kylmäfuusion toimimaan. Yhtä vain harmittelen: olisinpa ollut kärpäsenä katossa tuossa labrassa katsomassa, miten paljon shampanjaa siellä on juotu. Harvemmin muuten tulee meillä näitä löydöksiä, joiden julkaisun yhteydessä alkaa käydä kuumana keskustelu patenttioikeuksista.

Nii
n ja onhan täs sekin mahdollisuus, että tää mun käyttämäni menetelmä, jossa olen kasvanut ainakin ihan kohtalaisen loistavaksi, saattaa olla menossa pois muodista 🙂 

Niin ja siis. Tää ei ole aprillipila. Alkuperäinen artikkeli tässä; selväkielisempi tiivistelmä-editoriaali tässä, ja vielä uutisosaston hehkutus.

3 thoughts on “This is a stunning advance.

  1. Sähän oot komeen leiskan laittanut!
    Kuulostaa näin maallikon korvaan melko mullistavalta, ja jopa ymmärrettävältä. (skippasin vain toisen ja kolmannen kappaleen 😉

  2. Kuulostaa kivalta. Yleensä kun itse innostun jostain, rauhoitun ja jään odottamaan niitä 20 jatkojulkaisua jolla osoitetaan jääkö menetelmä vaan näppäräksi puuhasteluksi vai onko sillä oikeasti merkitystä alalle. Kuvattu kytkinjärjestelmä kuulostaa kätevälle.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s