งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในNature Communicationsเน้นย้ำถึงการพัฒนาของ HySyn ซึ่งเป็นระบบที่ออกแบบมาเพื่อเชื่อมต่อวงจรประสาทสังเคราะห์ใหม่โดยใช้นิวโรเปปไทด์จาก Hydra ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตน้ำจืดขนาดเล็ก (Neuropeptides ปรับการทำงานของสารสื่อประสาทเพื่อเพิ่มหรือลดความแรงของแรงกระตุ้นระหว่างเซลล์ประสาท)

เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยได้สร้างสายพันธุกรรมของ mutant C. elegansซึ่งแสดง neuropeptides จากสมอง Hydra สร้างไซแนปส์เทียมที่ต่อวงจรพฤติกรรมในหนอน เนื่องจากไม่มีไซแนปส์อื่นๆ ในสมอง นอกจากไซแนปส์ที่มีไฮดรารีเซพเตอร์และนิวโรเปปไทด์แล้ว ก็สามารถได้ยิน "คำสั่ง" ได้ มันเหมือนกับการให้โทรศัพท์มือถือกับพวกเขาเพื่อที่พวกเขาจะได้สื่อสารกัน

"เปปไทด์ neuromodulatory เหล่านี้ช่วยให้คุณสามารถสื่อสารได้ในระยะไกล" MBL Fellow Daniel Colón-Ramos จาก Yale University School of Medicine กล่าว "มันช่วยให้คุณมีความยืดหยุ่นมากขึ้นในฐานะนักวิจัยในการจัดการเซลล์ประสาทที่ไม่ได้อยู่ติดกัน" Colón-Ramos ผู้เขียนอาวุโสของหนังสือพิมพ์ฉบับนี้เป็นที่ปรึกษาดุษฎีบัณฑิตสำหรับผู้เขียนคนแรกของหนังสือพิมพ์ Josh Hawk อดีต MBL Grass Fellow งานและการวิเคราะห์ได้ดำเนินการที่ MBL และที่มหาวิทยาลัยเยลในห้องทดลองของ Colón-Ramos

นักวิจัยใช้สายพันธุ์กลายพันธุ์ของC. elegansซึ่งขาดการเชื่อมต่อทางประสาทที่ควบคุมพฤติกรรมเฉพาะ ซึ่งเป็นพฤติกรรมที่บอกว่าพวกมันอิ่มและจำเป็นต้องหยุดค้นหาอาหาร โดยการนำยีนที่เข้ารหัสนิวโรเปปไทด์และตัวรับจากไฮดรามาใส่ในหนอนC. elegansนักวิจัยสามารถฟื้นฟูวงจรประสาทที่ควบคุมพฤติกรรมนี้ได้ พวกเขาสร้างสายพันธุกรรมที่แยกจากกันสองสาย - สายหนึ่งที่มีนิวโรเปปไทด์และอีกสายหนึ่งที่มีตัวรับ ลูกหลานของทั้งคู่มีทางเดินเปปไทด์ประสาทเต็มรูปแบบ แต่ตามข้อมูลของ Hawk มันเป็นเพียงเส้นทางเดียวที่เป็นไปได้ที่จะมุ่งเน้น

"มีเปปไทด์ประสาทหลายร้อยชนิดในไฮดรา ซึ่งแต่ละอันอาจเป็นช่องทางการสื่อสารที่แตกต่างกัน" ฮอว์กกล่าว "สำหรับฉัน นั่นเป็นสิ่งที่น่าตื่นเต้นที่สุด นี่น่าจะเปิดพื้นที่ทั้งหมดที่ไม่เคยมีใครสำรวจมาก่อน"

Hawk เรียกการศึกษานี้ว่า "การพิสูจน์หลักการ" สำหรับเครื่องมือ HySyn ไม่เหมือนกับสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ Hydra ไม่มีระบบสารสื่อประสาทแบบคลาสสิกในสมอง แต่พวกเขาพึ่งพาตาข่ายนิวโรเปปไทด์อย่างสมบูรณ์ นิวโรเปปไทด์ของไฮดราแต่ละตัวมีโอกาสสำหรับสายการสื่อสารที่ไม่เหมือนใคร ฮอว์กจดจ่ออยู่กับนิวโรเปปไทด์ที่สร้างสัญญาณสร้างช้า เช่น ความรู้สึกอิ่มที่สร้างขึ้นอย่างช้าๆ ในขณะที่คุณรับประทานอาหาร การเชื่อมต่อเซลล์ประสาทต่างๆ กับนิวโรเปปไทด์นี้อาจสร้างการตอบสนองต่อความเจ็บปวดที่เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ หรือเสริมสร้างความจำใหม่

การสื่อสารในสมองมีหลายประเภท บางอันก็เร็วโดยเรียงลำดับเป็นมิลลิวินาที แต่คนอื่นจะช้ากว่า นั่นคือสิ่งที่ Hawk มุ่งเน้น การตอบสนองของ neuromodulatory ช้าที่บอกC. elegans: "ฉันอิ่มแล้ว อย่าไปหาอาหารใหม่" นักวิจัยได้สร้างไซแนปส์ neuromodulatory เทียมซึ่งบอกC. elegansว่าถึงเวลาพักผ่อนแล้ว

“โดยปกติ เราสามารถทำลายสิ่งต่าง ๆ ในวิทยาศาสตร์ได้ นั่นเป็นสิ่งที่ทรงพลังมาก เมื่อเราทำลายสิ่งต่าง ๆ เราจะเห็นได้ว่าอะไรจำเป็นสำหรับสิ่งนั้น ซึ่งจะบอกเราเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับวิธีการทำงาน แต่เพื่อให้เข้าใจจริงๆ ว่ามันทำงานอย่างไร คุณต้องการที่จะรู้ ถ้าคุณสามารถสร้างมันขึ้นมาใหม่ได้ ซ่อมมัน หลังจากที่มันพัง และนั่นเป็นเรื่องยากมากที่จะทำ” Colón-Ramos กล่าว "นั่น [Hawk] สามารถสร้างการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ใหม่ได้น่าตื่นเต้นและเป็นนวัตกรรมใหม่"

ฮอว์กไม่เพียงแต่นำส่วนประกอบที่ขาดหายไปในสมองของซีเอลิแกนส์กลับคืนมา เขากำลังใส่ส่วนประกอบใหม่ทั้งหมดจากไฮดรา - ซ่อมแซมส่วนที่หักด้วยชิ้นส่วนชุดอื่น มันแสดงให้นักวิจัยเห็นว่าไม่จำเป็นต้องเป็นตัวตนของชิ้นส่วน แต่เป็นการสื่อสารและการมอดูเลตระหว่างไซแนปส์ที่ควบคุมพฤติกรรม

Hawk กล่าวว่าเขาหวังว่าการวิจัยในอนาคตจะมุ่งเน้นไปที่การทำลายแนวการสื่อสารในสมองและสร้างใหม่ด้วยวิธีที่แตกต่างกับ HySyn “นี่คือจุดเริ่มต้นของชุดเครื่องมือ และเมื่อเครื่องมือเหล่านั้นถูกขยายออกไป มันทำให้เรามีความสามารถที่แท้จริงในการปรับแต่งการเชื่อมต่อในสมองในการเปลี่ยนแปลงที่หลากหลาย” เขากล่าว

"มีการเชื่อมต่อ synaptic ที่หลากหลายในสมองของสัตว์ ความสามารถในการเลือกและเลือกสิ่งที่จะใส่ในสิ่งมีชีวิตอื่นจะช่วยให้เราแก้ให้หายยุ่งและเข้าใจว่าสมองทำในสิ่งที่พวกเขาทำได้อย่างไรและทำไม" ฮอว์กกล่าว

นักวิจัยมั่นใจว่า HySyn จะทำงานในสิ่งมีชีวิตที่หลากหลาย พวกเขาทดสอบในเซลล์สัตว์มีกระดูกสันหลังและในC. elegans

ฮอว์กกล่าวเสริมว่าเขาหวังว่านักวิจัยจะมุ่งเน้นไปที่การเรียนรู้เกี่ยวกับความแข็งแกร่งของการเชื่อมต่อภายในสมอง "ในทางทฤษฎี คุณสามารถฉีกสมองของหนอนแล้วสร้างมันขึ้นมาใหม่ และค้นหาสิ่งที่หายไปเมื่อคุณสร้างมันขึ้นมาใหม่ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง นั่นคือสิ่งที่เราทำเมื่อตอนเป็นเด็ก: ถ้าคุณอยากรู้ว่าบางสิ่งทำงานอย่างไร คุณทำลายมันและสร้างใหม่ มัน. แต่เราต้องการเครื่องมือเพิ่มเติมในการทำเช่นนั้น" HySin แสดงถึงการมีส่วนร่วมในชุดเครื่องมือนั้น

นอกเหนือจากการเป็น Grass Fellow ในปี 2019 แล้ว Hawk ยังเป็นอาจารย์ของหลักสูตร MBL"s Neural Systems and Behavior (NS&B) ตั้งแต่ปี 2015-2019

"จอชสามารถใช้ความรู้จาก MBL และผู้คนที่เขาพบและนำความรู้ทั้งหมดมารวมกันด้วยความสนใจของตัวเองในด้านประสาทวิทยาศาสตร์ และมีส่วนสนับสนุนอย่างมาก นี่คือสิ่งที่โปรแกรมอย่าง Grass Fellowship และ MBL ช่วยกระตุ้นทางวิทยาศาสตร์ "โคลอน-รามอส กล่าว

“มันเหมือนกับโครงการ MBL ที่เป็นสัญลักษณ์” โคลอน-รามอสกล่าว "ความเสี่ยงสูง ผลตอบแทนสูง ความสนุกมากมาย และความรู้มากมายจากชุมชน MBL"