Ученые из Университета Тохоку и Университета Нагои создали флуоресцентный зонд, который за 10 секунд показывает, как работают синапсы — места контакта между нейронами. Достаточно просто нанести его на клетки, и активные синапсы засветятся, словно огни в ночном городе. Это позволяет в реальном времени увидеть, как мозг формирует воспоминания и учится.

Результаты опубликованы в издании Science Advances.

Нейроны общаются через синапсы, передавая сигналы с помощью молекул-нейромедиаторов. Одни связи сильные — сигнал проходит легко, другие слабые — словно разговор через закрытую дверь. Сила синапсов непостоянна: когда мы учимся, они меняются. Например, если каждый день учить язык, нужные связи укрепляются. Дети схватывают все быстрее, потому что их мозг пластичнее.

Чтобы понять, как синапсы усиливаются при запоминании, ученые следили за рецепторами AMPA — они ключевые в этом процессе. Новый зонд PFQX1 (AF488) подсвечивает эти рецепторы на живых клетках. Раньше методы давали противоречивые данные, но теперь ясно: при усилении синапсов рецепторы появляются изнутри клетки, а не переползают с соседних участков. Когда заблокировали выход рецепторов из клетки, сигнал зонда исчез — подтверждение гипотезы.

Раньше мы не могли просто увидеть, какие синапсы активны. Теперь это решается одной процедурой, — говорит профессор Эрико Нанго.

Метод не требует генетических манипуляций и сложного оборудования. С ним можно изучать:

• Как формируется память,
• Почему при деменции синапсы разрушаются,
• Как восстановить поврежденные связи.

Этот зонд — мощный инструмент, чтобы разгадать, как мозг учится на молекулярном уровне, — резюмирует профессор Шигеки Кийонака.

Метод открывает двери для ранней диагностики нейродегенеративных заболеваний: если видеть сбои в синапсах до появления симптомов, терапию можно начать раньше. Также он упростит тестирование лекарств — например, при болезни Альцгеймера. В долгосрочной перспективе это может привести к персонализированным методам обучения, основанным на том, как конкретный мозг формирует связи.

Исследование проводилось на клеточных культурах, а не в живом мозге. Синапсы в организме работают сложнее — на них влияют гормоны, кровоток, работа глии. Пока неясно, как метод поведет себя in vivo.

Ранее ученые смоделировали работу синаптических везикул.