Wenn es um die Ausbildung neuronaler schaltkreise, die für das tissue engineering oder biomedizinische Anwendungen, eine neue Studie schlägt vor, ein wichtiger parameter: Sie Trainieren die Jungen.
Techniken für das training entwickelt die neuronale schaltkreise der Regel beinhalten die Ausbildung, nachdem die Zellen vollständig ausgereift sind. Mit Hilfe von Licht-sensitiven Neuronen abgeleitet von Maus-Stammzellen-Forscher an der University of Illinois, Urbana-Champaign gefunden, dass die Ausbildung Sie in der frühen Zell-Entwicklung und Netzwerk-Bildung führte zu nachhaltigen Verbesserungen in den verbindungen, die Empfindlichkeit und die gen-expression des resultierenden neuronalen Netzwerk. Ihre Ergebnisse veröffentlichten Sie in der Fachzeitschrift Scientific Reports.
„Es ist wie ein Alter Hund lernt neue tricks im Vergleich zu einem Jungen Hund,“ sagte der student Gelson Pagan-Diaz, der erste Autor der Studie. „Wenn wir die Ausbildung eines Netzwerks, wenn wir stimulieren, es wenn es ist immer noch wie ein Welpe, den wir bekommen können eine bessere Reaktion auf das training, als wenn es schon reif ist.“
Verbesserte neuronale training hat viele Anwendungen in der Biotechnologie und der regenerativen Medizin. Zum Beispiel der Illinois-team will mit ausgebildeten neuronalen schaltungen zur Steuerung der Bewegung und das Verhalten von Miniatur-bio-hybrid-Maschinen. Die Arten von Verbesserungen ergab sich durch frühes training geben konnte, die Maschinen und schaltungen, die mehr Funktionalität und geben die Forscher präzisere Kontrolle über diese Funktionen.
„Wie wir vorher den Bereich Bau-Maschinen, die mit lebenden Zellen, in der Lage zu stimulieren und Programm-neuronalen Zellen und Netzwerke mit Licht früh in Ihrer Entwicklung sein könnte ein wichtiges Werkzeug in unserem engineering-repository“, sagte Studienleiter Rashid Bashir, ein professor von Biotechnik und Dekan der Grainger College of Engineering in Illinois. „Außerdem, diese Arbeit könnte auch Auswirkungen für Entwicklungsbiologie, regenerative Medizin und Gehirn-Forschung ist.“
Trainieren die Nervenzellen, die die Forscher verwendet getaktete Lichtimpulse stimulieren die Zellen. Der Forscher begann das Trainingsprogramm, wenn die Zellen wurden in einem frühen Stadium Ihrer Entwicklung—Cluster von Stammzellen, sogenannten embryoid bodies, grundiert zu werden Motorische Neuronen. Sie setzte die Ausbildung als die Zellen differenzierten, immer voll ausgereiften Neuronen, und immer weiter es nach der übertragung der Zellen auf die Platten zu verbinden und bilden neuronale schaltkreise.
Sie verglichen dann die früh geschult schaltungen mit denen kultiviert, die erste und trainierte später—die übliche Methode.
Sahen die Forscher eine Reihe von unterschieden zwischen den Gruppen, Pagan-Diaz sagte. In den Neuronen ausgebildet, während der Entwicklung, Sie sahen mehr Erweiterungen anzeigt, die verbindungen zwischen den Zellen, eine Erhöhung der neurotransmitter-Pakete geschickt zwischen den Zellen, und mehr strukturierte Nerven feuern, wodurch eine höhere Stabilität des Netzes. Die Auswirkungen der frühen Ausbildung waren lang anhaltende, in der Erwägung, dass Zellen ausgebildet, die später dazu tendiert, transiente Antworten.
„Sie können denken, der Neuronen, wie Sportler im training,“ Pagan-Diaz sagte. „Das Licht war eine stimulation wie ein regelmäßiges Training für die Neuronen, Sie wurden stärker und athletischer, und machten Ihre Arbeit besser.“
Um zu bestimmen, die zugrunde liegende basis für diese Veränderungen, die Wissenschaftler analysierten die Neuronen “ genetischen Aktivität. Sie sahen einen Anstieg der gen-expression für Gene, die im Zusammenhang mit Netzwerk-Reife und neuronale Funktion, die darauf hinweist, dass das frühe training haben könnte dauerhaft verändert genetische Varianz als die Zellen entwickelt, Bashir, sagte.
Die Forscher sind weiterhin zu erforschen, welche Arten von Aktivitäten verbessert werden könnte oder programmiert von der frühen neuron Ausbildung in den embryoid Körper phase. Embryoid bodies nützlich sein könnte, building-block-Komponenten für die biologische Maschinen, Pagan-Diaz sagte, und halten auch Versprechen für die regenerative Medizin.