Un microscop miniatural monitorizează și activează celule cerebrale unice în timpul mișcării
Cercetătorii de la Universitatea din Colorado Anschutz și Universitatea din Colorado Boulder au dezvoltat un microscop miniatural care permite observarea și activarea celulelor cerebrale individuale în timpul mișcărilor naturale, un avans care ar putea accelera cercetările asupra modului în care creierul controlează comportamentul, aprofundând totodată înțelegerea bolilor neurologice.
Acești microscopi miniaturali sunt din ce în ce mai utilizați pentru a studia baza neurală a comportamentului în animale aflate în mișcare liberă. Noul microscop permite o penetrare mai profundă și imagini cu o rezoluție mai înaltă în creier. Este important de menționat că acesta poate excita neuroni selectați prin utilizarea optogeneticii.
Emily Gibson, PhD, autorul principal al studiului, a declarat: „Acest microscop este un instrument revoluționar.”
Studiul a fost publicat online în revista Optica.
Noul dispozitiv, Opto2P-FCM, combină imagistica cerebrală de înaltă rezoluție cu stimularea luminoasă țintită într-un microscop ușor, montat pe cap. Spre deosebire de sistemele anterioare de imagistică miniaturală, noua tehnologie permite cercetătorilor să monitorizeze și să manipuleze activitatea neuronilor specifici simultan, oferind o perspectivă fără precedent asupra modului în care funcționează circuitele neuronale.
Juliet Gopinath, PhD, co-autor al studiului, a afirmat: „A avea capacitatea de a studia neuronii cu un instrument de acest tip este uimitor.”
Co-autorul Mo Zohrabi, PhD, a spus că echipa a considerat inițial imposibilă crearea unui astfel de dispozitiv „având în vedere toleranțele imprimantei 3D și optica.”
Gregory Futia, PhD, co-autor al studiului, a menționat: „Construirea unui dispozitiv optic complex care cântărește doar 5 grame a fost o provocare.”
A subliniat că toate componentele au trebuit să fie luate în considerare până la cea mai mică toleranță, iar alinierea opticii mici a necesitat un design mecanic atent și iterații.
Acesta a subliniat că munca a fost un „efort interdisciplinar condus de o echipă de ingineri, fizicieni și neuroștiințifici care au colaborat strâns la proiect.”
De decenii, microscopia cu două fotoni a fost considerată standardul de aur pentru produsele imagini detaliate ale țesutului cerebral viu. Totuși, aceasta necesită, de obicei, ca subiecții să rămână staționari, limitând capacitatea cercetătorilor de a investiga modul în care creierul funcționează în timpul activităților de zi cu zi.
Deși microscopii miniaturali au ajutat la depășirea unor astfel de provocări, ei au compromis adesea calitatea imaginilor sau nu au avut capacitatea de a stimula precis neuronii individuali.
Această inovație depășește aceste limitări printr-un design optic dual-nou. O cale este dedicată producerii de imagini clare, cu rezoluție înaltă, în timp ce a doua cale livrează lumină modelată precis care activează neuronii selectați fără a interfera cu imagistica. Separarea celor două funcții permite optimizarea independentă a fiecărei funcții, rezultând imagini mai clare și un control mai precis decât sistemele miniaturale anterioare.
Gibson a spus: „Această platformă le oferă neuroștiințelor o modalitate complet nouă de a investiga modul în care grupuri specifice de neuroni colaborează pentru a produce comportament.”
Cercetătorii au afirmat că această tehnologie ar putea deveni un instrument de cercetare important pentru științificii care studiază tulburările cauzate de circuite cerebrale perturbate, inclusiv boala Alzheimer, boala Parkinson și epilepsia. Prin permiterea observării și manipulării neuronilor individuali în același experiment, sistemul ar putea ajuta la identificarea modului în care funcționează circuitele cerebrale sănătoase și cum boala le modifică.
Dispozitivul actual este un prototip, dar autorii studiului lucrează deja la versiuni viitoare care vor fi mai mici, mai ușoare și mai rapide, oferind totodată un câmp de vedere mai mare.
Gibson a concluzionat: „Înțelegerea modului în care funcționează creierul necesită mai mult decât simpla urmărire a neuronilor; trebuie să avem și capacitatea de a activa selectiv celule specifice și de a observa cum răspunde restul rețelei.”
