Genetik olarak kodlanmış aktivite raportörlerindeki son gelişmeler, nöronal aktiviteye gerçek zamanlı, son derece spesifik içgörüler sağlayarak nörobilimde devrim yarattı. Kalsiyum veya voltaj sensörleri 1,2,3,4,5,6,7,8,9 gibi bu raporlayıcılar, araştırmacıların nöronlar içindeki elektriksel ve kimyasal sinyalleri benzeri görülmemiş zamansal hassasiyet ve uzamsal çözünürlükle izlemelerine olanak tanır. Bu araçlar, belirli, tek nöronların farklı beyin bölgelerindeki sinir ağlarına izlenmesini sağlayarak, nöronal ateşleme modellerinin öğrenme, hafıza veya karar verme gibi bilişsel süreçlerle nasıl ilişkili olduğuna dair anlayışımızı derinleştirmiştir 10,11,12,13,14.
Genetik olarak kodlanmış bu göstergelerden yararlanmak için araştırmacılar, model organizmalarını in vivo görüntülemeye hazırlamak için gelişmiş yöntemler geliştirdiler. Genellikle "hafıza izi" olarak adlandırılan in vivo fonksiyonel görüntüleme ile nöronal plastisitenin ilk raporu, iştah açıcı koku alma koşullandırmasını takiben bal arılarının anten lobunda keşfedildi15. Bu keşif, genetik olarak çok yönlü model organizma olan Drosophila melanogaster'deki araştırmalara ilham verdi ve yenilikçi in vivo görüntüleme tekniklerinin geliştirilmesine yol açtı 10,16,17,18.
Drosophila, bir kokunun (koşullu uyaran-CS) ya caydırıcı ya da ödüllendirici bir uyaranla (koşulsuz uyaran-US) ilişkilendirildiği klasik koşullanma yoluyla koku alma anıları oluşturma konusundaki sağlam yeteneği nedeniyle öğrenmeyi ve hafızayı anlamak için mükemmel bir model olarak hizmet eder19,20,21,22. Drosophila'da kokular, yarım küre başına yaklaşık 2.000 Kenyon hücre nöronundan (KC) oluşan çağrışımsal bellek için kritik bir beyin bölgesi olan mantar gövdesinde (MB)23 seyrek olarak temsil edilir24. Koku alma bilgisi, kaliksten MB loblarına, lobları oluşturmak için bir araya gelen KC aksonları aracılığıyla iletilir. Koku alma koşullanması sırasında, elektrik şoku veya şeker ödülü gibi US, farklı dopaminerjik nöronlar (DAN'lar) aracılığıyla MB loblarına iletilir: caydırıcı uyaranlar için PPL1 nöronları ve ödüllendirici uyaranlar için PAM nöronları 25,26,27,28,29,30. Bellek ediniminin, CS ve US yollarının aynı anda aktivasyonunu içerdiği ve bunun da belleği31,32 kodlayan döngüsel AMP'de (cAMP) sinerjik bir artışa neden olduğu düşünülmektedir. Bu işlem, sinaptik ağırlıklarını 11,12,13,33,34,35,36,37 değiştirerek KC→MBON sinapslarında plastisiteyi indükler. DAN aracılı plastisite, nihayetinde mantar gövdesi çıktı nöronlarını (MBON'lar) öğrenilen kokuya karşı bir yaklaşım veya kaçınma davranışı ortaya çıkarmayayönlendirir 34. Mevcut model, KC'lerden MBON'lara bilgi akışının, kokunun temsilini KC'lerdeki koku kimliğinden, önceki deneyime dayalı bir kokunun değerliği gibi MBON'lardaki daha soyut bilgilere dönüştürdüğünü göstermektedir34,38. KC'lerin aksine, MBON'lar geniş çapta ayarlanmış koku tepkilerine sahiptir; herhangi bir koku, çoğu MBON'a39 yanıt verir. MBON'ların koku ayarı, sinaptik plastisite ile değiştirilir ve bireysel sinekler arasında önemli ölçüde değişir, bu da MBON'ların deneyime dayalı olarak kokulara tepkilerini değiştirdiğini düşündürür. 34 MBON vardır ve MBON ağının çoğunluğu görünüşte kaçınma davranışı34 yaklaşımını yönlendiren karşılıklı olarak karşıt iki sınıfa bölünmüştür. Bu nedenle, farklı MBON'larda kayıt yaparak hafıza alımını incelemek için in vivo görüntülemenin kullanılması yaygın olarak kullanılmaktadır.
İn vivo fonksiyonel görüntüleme için erken yöntemler arasında, kütikülün bir bölümünü kafa kapsülünün üstünden çıkarmak için ameliyatlar yapılması ve daha sonra küçük bir plastik sargıparçası ile kaplanması yer alır 18. Bu, Drosophila'da in vivo görüntülemenin başlangıcı olsa da, o zamandan beri sinek hazırlama tekniklerinde ve öğrenme ve hafıza gibi süreçleri araştırmak için mikroskop altında uyaranların verilmesinde önemli ilerlemeler olmuştur. Bununla birlikte, bugün bile, in vivo görüntüleme için sinek hazırlama tekniklerinin çoğu, sineklerin uyuşturulmasını içerir. Bu uygulama, anestezinin hafızayı ve diğer bilişsel ve fizyolojik süreçleri nasıl etkilediğini gösteren kapsamlı kanıtlar ve tüm bir araştırma alanı olduğu için zorluklar sunar. Örneğin, laboratuvar ortamında çok yaygın olarak kullanılan farklı anesteziklerin (karbondioksit, izofluran, sevofluran ve soğuk şok) etkilerini anlamak için bir çalışma yapılmıştır. Anesteziye maruz kalma süresi ne kadar uzun olursa, iyileşme süresinde bir artış, lokomotor aktivitede değişiklikler, daha düşük doğurganlık olduğunu ve su ve lipit depolarınıetkileyebileceğini bulmuşlardır 40. Ek olarak, eğitimden hemen sonra soğuk şok anestezisi verilmesinin kısa süreli hafızayı tamamen bozabileceği bildirilmiştir21. Bu ilk çalışmadan itibaren, Drosophila'da 6-8 saat içinde bozulan konsolide olmayan hafıza (anesteziye duyarlı hafıza) ve öğrenmeden sonra yavaş yavaş oluşan ve yaklaşık 24 saat sürebilen bir konsolide hafıza (anesteziye dirençli hafıza) olduğu bilinmektedir41. Buna dayanarak, anestezi bilişsel işlemeyi ve nöronların aktivitesini etkileyebilir ve bu da sonunda uygun hafıza ifadesine izin verir.
Anestezinin hafıza üzerindeki etkileri Drosophila ile sınırlı değildir.Çok sayıda insan ve diğer memeli çalışmaları benzer bulgular göstermiştir. Örneğin, bir üniversite hastanesinde yapılan kesitsel bir çalışma, genel anesteziden 24 saat sonra hastalarda kısa süreli hafızanın önemli ölçüde azaldığını buldu42. Farelerde yapılan bir başka çalışma, genel anestezinin, memelilerde öğrenme ve hafıza ile ilgili önemli bir beyin alanı olan hipokampusun CA1 bölgesindeki sivri dinamikleri, dekorla ilgili hücresel toplulukları ve değişen omurga dinamiklerini sağlam bir şekilde azalttığını buldu43. Bu zorlukların üstesinden gelmek için, bu çalışmanın amacı, in vivo görüntüleme için sinek hazırlığı sırasında anestezi kullanımını ortadan kaldıran ve sineğin vücudunu tamamen serbest bırakan yeni bir protokol sağlamaktır. Bu yaklaşım, daha doğru nöronal aktivite kayıtlarına izin verir, daha uzun kayıtlar için sinek sağlığını iyileştirir ve diğer yaklaşımlara kıyasla anestezinin olası karıştırıcı etkilerini ortadan kaldırır. Bu protokol, Drosophila'daki nöronlardan gelen aktiviteyi kaydetmek için tasarlanmıştır, özellikle nöronların öğrenme deneyimi sırasında ve sonrasında nasıl plastisite sergilediğine bakar. Bununla birlikte, diseksiyon protokolü çok yönlüdür ve canlı görüntüleme araştırmalarındaki çeşitli uygulamalara uyarlanabilir.