Новый робот поможет в изучении работы клеток мозга

Доступ к нейронам живого мозга позволяет получить множество полезной информации. Ученые могут изучить особенности электрической активности нейрона, определить его форму и даже генетический профиль. Но до сих пор работа с живыми нейронами была настолько кропотливой и сложной, что ей занималось лишь небольшое число лабораторий по всему миру. В ближайшее время все может измениться. Специалисты Массачусетского технологического института и университета Джорджии (США) разработали автоматизированную систему поиска и записи информации от нейронов живого мозга. В проекте приняли участие доцент биологической инженерии МИТ Эд Бойден и доцент кафедры машиностроения в Джорджии Крейг Форест. Ведущим автором работы стал аспирант Фореста Сухаса Кодандарамаях.

В качестве основы для деятельности робота — манипулятора использовалась техника, разработанная 30 лет назад — зажим цельноклеточного участка. Аспиранту или постдоку требуется несколько месяцев, чтобы в достаточной степени изучить данную технологию и сформировать необходимые навыки. Но этот сложнейший процесс был сведен к ряду стереотипных задач и решений, для решения которых был создан робот-манипулятор. В соответствии с компьютерной программой пипетка погружается в мозг животного (в проведенных экспериментах это была живая мышь, усыпленная наркозом). Передвижение манипулятора контролируется при помощи электрического сопротивления. Когда вокруг нет клеток, из пипетки свободно вытекает поток электронов (сопротивление минимальное). Когда кончик пипетки попадает в клетку, исходящий из нее поток электричества встречает сопротивление, и пипетка мгновенно останавливается, не протыкая мембрану.

Длина шага перемещения составляет 2 мкм, электрическое сопротивление фиксируется с частотой 10 раз за секунду. После нахождения клетки пипетка присасывается к ней для плотного контакта с мембраной. Затем мембрана протыкается электродом, и записывается внутренний электрический потенциал клетки. Эксперименты показали, что робот-манипулятор может действовать с большей точностью и скоростью, чем специально обученный человек. Новая разработка может быть использована и для маркировки нервных клеток путем введения специальных красителей. Сейчас исследователи работают над увеличением числа электродов, что позволит записывать информацию сразу из нескольких нейронов и определять, как различные участки мозга связываются друг с другом. Также идет работа над автоматизацией извлечения содержимого нервной клетки для считывания генетической информации.