Ο Lichtman και η ομάδα του στο Harvard έχουν αναπτύξει μια μοριακή τεχνική η οποία μετατρέπει ποντικοεγκεφάλους σε ψυχεδελικά ουράνια τόξα και δίνει πραγματικά εντυπωσιακές εικόνες στο μικροσκόπιο : κάθε νευρώνας φαίνεται χρωματισμένος με μια από τις 90 περίπου διαφορετικές αποχρώσεις που είναι δυνατόν να επιτευχθούν -- έτσι, κάθε κύτταρο αποκτά μια χρωμοταυτότητα που το διαφοροποιεί και το διακρίνει από τα γειτονικά του!
Αυτό γίνεται δυνατό με τη συνδυασμένη χρήση του συστήματος Cre/loxP [όπου Cre είναι μια ρεκομπινάση (ανασυνδετάση?!) που μπορεί είτε να κόβει και να αφαιρεί τελείως τμήματα DNA είτε να τα αντιστρέφει, και loxP η ειδική της θέση πρόσδεσης επί του DNA] και γονιδίων που κατευθύνουν τη σύνθεση φθοριζουσών πρωτεϊνών [XFPs: gfp-πράσινο, yfp-κίτρινο, cfp-μπλέ(κυανό) και rfp-κόκκινο]. Η μέθοδος αναπτύσσεται εδώ -- γενικά, από ένα DNA construct που περιέχει και τα τέσσερα γονίδια και θέσεις loxP σε κατάλληλη διάταξη (και φυσικά μια θέση για τον promoter!!) μπορεί τελικά, με τη δράση της Cre, να εκφραστεί οποιαδήποτε από τις τέσσερις πρωτεΐνες, όπως φαίνεται στο σχήμα!
Κάθε κύτταρο περιέχει πολλαπλά αντίγραφα των constructs, με αποτέλεσμα οι τέσσερις πρωτεΐνες να εκφράζονται σε διάφορους συνδυασμούς και αναλογίες : η διαδικασία είναι τυχαία (random) και το μακροσκοπικό αποτέλεσμα είναι πως κάθε νευρώνας αποκτά μια δική του, ξεχωριστή απόχρωση (σχεδόν, οι συνδυασμοί δεν είναι άπειροι και εξαρτώνται από τον αριθμό των αντιγράφων που εισάγονται..)!!!(Το πως εισάγονται τα constructs στα ποντίκια είναι μια άλλη, μεγάλη και πολύπλοκη ιστορία..)
Αυτό που προκύπτει από τη μικροσκοπική παρατήρηση των εγκεφαλικών τομών είται εικόνες σαν και αυτή:
(το εγκεφαλάκι ενός zebrafish πέντε ημερών)ή αυτή:
(τμήμα φαιάς ουσίας στον φλοιό)
Όμως, δεν είναι η αισθητική απόλαυση αυτό που επιδιώκουν οι επιστήμονες, αλλά η συστηματική δομική χαρτογράφηση του εγκεφάλου σε επίπεδο κυτταρικών συνδέσεων (neural wiring) : το μεγαλεπήβολο σχέδιο των connectomics είναι η κατασκευή ενός απίστευτα λεπτομερούς εγκεφαλικού χάρτη που να περιλαμβάνει όλες τις συνάψεις μεταξύ των νευρικών κυττάρων :
As Francis Crick and Edward James wrote in a Nature Commentary1 in 1993, "It is intolerable that we do not have [a connection map of] the human brain. Without it there is little hope of understanding how our brains work except in the crudest way." Thomas Insel, the director of the National Institute of Mental Health in Bethesda, Maryland, notes that many of the most common mental illnesses, from autism to schizophrenia, seem to be diseases of "faulty wiring", in which the brain has a set of aberrant connections. "The brain needs a connectome, just as modern genetics needed a genome," says Insel. "That's the only way we're going to understand how the brain works at a detailed level, and also what happens when something goes wrong."
As yet, Lichtman, Insel and others have not proposed a formal connectome project — and Lichtman declines to even give a rough estimate of such a project's cost, saying only that it would be a "scary number". But a debate is under way about whether such an undertaking would be worthwhile. Studies have shown that a majority of synaptic connections — some estimates run as high as 80% — are extremely weak and transmit few electrical signals. If that's the case, then a map of structural connections might actually misrepresent the brain's functional organization. "Only a very small proportion of connections seem to drive network activity," says John Isaac, who studies synaptic plasticity at the National Institutes of Health (NIH) in Bethesda, Maryland. "How do you know which connections are important? A wiring diagram won't tell you that." It is also unclear if the connectomes of different individuals could be readily compared in the same way that their genomes can be. Whereas bioinformatics can easily identify two similar genes in different genetic sequences, it is not yet clear what comparable tools will serve for identifying functionally equivalent neurons in two brains — if they even exist — or in a diseased brain versus a healthy one.
Leading connectomics scientists are not deterred by these problems, saying that they will be solved only once the research is under way. "The point is that you don't even know what's important until you see the system in its entirety," says Winfried Denk, director of biomedical optics at the Max Planck Institute for Medical Research in Heidelberg, Germany, and a pioneer of advanced microscopy. "There is a tremendous virtue in completeness."
Lichtman says the criticisms of the connectome are similar to those put forward at the start of the Human Genome Project — and he expects them to die down once the data start coming through. Indeed, Lichtman is so convinced of the connectome's value that he hopes it could transform the way that neuroscientists study the brain. He says that the typical experimental process, in which a scientist sets out to test a specific hypothesis, is simply incapable of deciphering something as complex as the human mind. "History has shown that it's rather tough to come up with good hypotheses about how the brain works," he says. He thinks that scientists should rely more on inductive reasoning — the staple of nineteenth-century scientists — in which hypotheses are generated only after careful observation. "We need to rediscover the power of looking," he says. "You can learn a tremendous amount, and generate some interesting theories, just by staring at pictures of the brain."
(από το κείμενο στο Nature)
