Ученые заглянули в мозг свободно движущейся и спаривающейся мухи

Плодовые мушки Drosophila melanogaster – один из ключевых объектов для многих областей биологии, включая и исследования мозга. Однако до сих пор все методы наблюдения за активностью ее нейронов требовали обездвижить насекомое, поместить ее под микроскоп, а часто – и подсоединить провода к ее крошечной голове. Поэтому до сих пор процессы, проходящие в мозге мухи в процессе совершения ею совершенно обычных действий, визуализировать не удавалось. Добиться этого позволяет новый подход, разработанный учеными Калифорнийского университета в Сан-Диего. Описание его Ральф Гринспен (Ralph Greenspan) и его коллеги приводят в статье, опубликованной журналом Nature Methods.

Метод Flyception начинается с того, что в верхней части головы дрозофилы хирургически прорезывается микроскопическое отверстие, которое закрывается прозрачным силиконовым «окошком». Его покрывают плоским стеклом, облегчающим прямые визуальные наблюдения протоцеребрума – переднего ганглия мозга насекомого, который отвечает за зрение и сложные поведенческие реакции.

Для наблюдений авторы разработали сложную и исключительно точную систему, отслеживающую малейшее передвижение дрозофилы в режиме реального времени. Система использует несколько подвижных зеркал и три камеры. Первые позволяют постоянно удерживать птороцеребрум наблюдения в центре поля зрения и в фокусе, позволяя с помощью зеркал направлять лазерные лучи сквозь окошко прямо на протоцеребрум. Лазеры заставляют светиться флуоресцентные (GFP) белки, искусственно введенные в нейроны мухи. Эти белки активируются вместе с нейронами, и третья камера записывает происходящее, получая около 1000 кадров в секунду.

До сих пор подобные наблюдения не были возможны вовсе. Ученым приходилось изобретать хитроумные методы имитации свободного движения мухи – например, использовать «беговую дорожку» в виде свободно вращающегося шарика, чтобы создать условия, близкие к свободному перемещению. Однако для целого ряда более сложных форм поведения такой подход невозможен. Однако система Flyception позволяет наблюдать активность отдельных нейронов в более естественных условиях. Демонстрируя ее возможности, авторы проследили за мозгом мухи даже в ходе спаривания. Возможно, вскоре мы услышим о новых интересных открытиях, сделанных при помощи нового метода.