Уникальный мини-микроскоп позволяет понять сложные функции мозга

Исследователи из колледжа науки и инженерии и медицинского факультета Миннесотских городов-побратимов разработали уникальный налобный мини-микроскоп, который позволяет им отображать сложные функции мозга свободно движущихся мышей в режиме реального времени в течение более 300 дней. .


Устройство, известное как мини-микроскоп, предлагает новый важный инструмент для изучения того, как нейронная активность из нескольких областей внешней части мозга, называемой корой, способствует поведению, познанию и восприятию. Это новаторское дает новый взгляд на фундаментальные исследования, которые могут улучшить такие состояния человеческого мозга, как сотрясения мозга, , и Паркинсона, а также лучше понять роль мозга в развитии зависимости.

Исследование было опубликовано сегодня в рецензируемом журнале. Методы природы. Авторы исследования также представят свои исследования на виртуальном конгрессе OSA по биофотонике 2021 года: в науках о жизни в четверг, 15 апреля.

В прошлом ученые изучали, как нейронная активность в определенных областях коры головного мозга влияет на , но было трудно одновременно изучить активность нескольких областей коры головного мозга. Для мышей даже простая задача по перемещению одного уса в ответ на стимул включает обработку информации в нескольких областях коры. Мышей часто используют для изучения мозга, потому что они имеют те же структуры мозга и возможности взаимодействия, что и люди.

«Это устройство позволяет нам отображать большую часть мозга мыши во время свободного и необузданного поведения, тогда как предыдущие мезомасштабные изображения обычно делались на неподвижных мышах с использованием таких устройств, как или двухфотонные микроскопы», — сказал Сухаса Кодандарамайя, старший автор исследования и университета. Миннесоты Бенджамин Мэйхью Доцент кафедры машиностроения в Колледже науки и техники. «Это новое устройство позволяет нам понять, как различные области мозга взаимодействуют во время сложного поведения, когда несколько областей мозга работают вместе одновременно. Это открывает путь к исследованиям, направленным на понимание того, как взаимосвязь изменяется при болезненных состояниях, черепно-мозговой травме или зависимости».

Новый мини-MScope — это флуоресцентный микроскоп, который может отображать область размером примерно 10 на 12 миллиметров и весит около 3 граммов. Это позволяет получить целостное изображение большей части поверхности мозга мыши. Устройство используется для визуализации кальция — метода, обычно используемого для мониторинга электрической активности мозга. Устройство, установленное на голове мыши, фиксирует изображения на уровне, близком к клеточному, что позволяет изучать связи между областями коры головного мозга.

Исследователи создали миниатюрный микроскоп, использующий светодиоды для освещения, миниатюрные линзы для фокусировки и дополнительный металл-оксид-полупроводник (CMOS) для захвата изображений. Он включает в себя блокирующие магниты, которые позволяют легко прикрепить его к структурно реалистичным 3D-печатным прозрачным полимерным черепам, известным как See-Shells, которые исследователи разработали в предыдущих исследованиях. При имплантации мышам See-Shells создают окно, через которое можно проводить длительную микроскопию. Новый микроскоп может фиксировать мозговую активность мышей в течение почти года.

Исследователи продемонстрировали мини-микроскоп, используя его для визуализации активности мозга мыши в ответ на визуальный стимул для , вибрационный стимул для задней конечности и соматосенсорный стимул для усов. Они также создали функциональные карты связности мозга, когда мышь с налобным микроскопом взаимодействовала с другой мышью. Они увидели, что внутрикортикальные связи увеличиваются, когда мышь участвует в социальном поведении с другой мышью.

«Наша команда создает набор инструментов, которые позволят нам получить доступ и взаимодействовать с большими частями коры головного мозга с высоким пространственным и временным разрешением», — сказал Мэтью Райнс, доктор философии в области биомедицинской инженерии Университета Миннесоты. кандидат, который был одним из руководителей исследования. «Это исследование показывает, что мини-MScope можно использовать для изучения функциональной связи у свободно ведущих мышей, что делает его важным вкладом в этот инструментарий», — добавил Райнс.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments