Un nou microscop miniatural oferă imagini stabile ale celulelor cerebrale în mișcare
Cercetătorii de la Universitatea Peking au dezvoltat DUET, un microscop miniatural cu două culori, care depășește două bariere persistente în imagistica neuroștiințifică: instabilitatea semnalului cauzată de mișcare și crosstalk-ul canalelor de fluorescență.
Lucrarea, publicată în PhotoniX Life, permite înregistrarea stabilă și de înaltă fidelitate a populațiilor distincte de neuroni în șoareci care se mișcă liber, în timpul comportamentelor naturale.
Microscoapele miniaturale montate pe cap au revoluționat studiul funcției cerebrale, oferind cercetătorilor posibilitatea de a observa activitatea neuronală la rezoluție de celule individuale în animale aflate în mișcare. Totuși, imaginarea simultană a mai multor tipuri de celule a fost o provocare tehnică. Abordările existente nu reușesc să livreze stabil multiple lungimi de undă de excitație prin fibre flexibile în timpul mișcărilor intense, iar semnalele de fluorescență de la indicatori diferiți interferează adesea între ele, compromițând analiza cantitativă.
DUET (excitație duală prin fibră și multiplexare temporală) abordează aceste provocări printr-o strategie integrată de hardware și control al temporizării. Sistemul utilizează două fibre fotonice cu bandgap gol (PBGFs) cu toleranță excepțională la îndoiri pentru a livra independent impulsuri laser femtosecunde de 920 nm și 1030 nm, care excită indicatorii fluorescenți verzi (GCaMP) și roșii (tdTomato). O oglindă dichroică personalizată cu un unghi de 0,276° corectează nealinierea fasciculului între cele două ieșiri ale fibrei, în timp ce multiplexarea temporală la nivel de pixel alternează lungimile de undă de excitație în cadrul timpului de staționare al fiecărui pixel. Această abordare elimină atât crosstalk-ul de excitație, cât și pe cel de emisie, fără a sacrifica rata de cadru de imagistică de 8,4 Hz.
Am proiectat DUET pentru a fi rezistent la mișcare. Transmitând două lungimi de undă de excitație prin PBGFs independente și sincronizând două canale de detecție la nivel de pixel, obținem imagini dual-color stabile chiar și atunci când animalul se zbate intens.
Echipa a validat DUET în paradigme comportamentale exigente. În cadrul testelor de suspendare a cozii, sistemul a menținut imagini dual-color stabile ale neuronilor corticali cu un crosstalk canal neglijabil. În sesiuni de 20 de minute în câmp deschis, DUET a rezolvat continuu dinamica calciului de la 123 de neuroni excitați și 10 neuroni inhibitori, evidențiind modele de activitate specifice tipurilor de celule în timpul explorării naturale.
„Acest nivel de stabilitate și specificitate deschide noi orizonturi pentru studiul modului în care diferitele tipuri de neuroni interacționează în timpul învățării, procesului decizional și comportamentului social”, a spus Dr. Aimin Wang, corespondent. „Deoarece arhitectura dual-fibră este modulară, poate fi extinsă cu ușurință la trei sau mai multe culori sau combinată cu alte modalități de imagistică.” Platforma DUET este compatibilă cu digitizerele și electronica de control standard, facilitând adoptarea sa de către laboratoarele de neuroștiință.
