Крошечный имплантируемый инструмент для светового изображения деятельности мозга

, которые позволяют нейробиологам регистрировать и количественно определять функциональную активность живого мозга, пользуются большим спросом. Традиционно исследователи использовали такие методы, как функциональная магнитно-резонансная томография, но этот метод не может регистрировать нервную активность с высоким пространственным разрешением или у движущихся объектов. В последние годы , называемая оптогенетикой, показала значительный успех в регистрации нейронной активности животных в реальном времени с разрешением отдельных нейронов. Оптогенетические инструменты используют свет для управления нейронами и записи сигналов в тканях, которые генетически модифицированы для экспрессии светочувствительных и флуоресцентных белков. Однако существующие визуализации световых сигналов от мозга имеют недостатки в размере, скорости визуализации или контрастности, которые ограничивают их применение в экспериментальной нейробиологии.


Технология, называемая световой флуоресцентной визуализацией, перспективна для визуализации активности мозга в 3D с высокой скоростью и контрастом (преодолевая многочисленные ограничения других технологий визуализации). В этом методе тонкий слой лазерного света (световой лист) направляется через интересующую область ткани мозга, и репортеры флуоресцентной активности в тканях мозга реагируют испусканием сигналов флуоресценции, которые могут обнаружить микроскопы. Сканирование светового листа в ткани позволяет получать высокоскоростные, высококонтрастные, объемные изображения активности мозга.

В настоящее время использование световых флуоресцентных изображений головного мозга с непрозрачными организмами (такими как мышь) затруднено из-за размера необходимого оборудования. Чтобы провести эксперименты с непрозрачными животными, а в будущем и со свободно передвигающимися животными, исследователям в первую очередь потребуется миниатюризировать многие из компонентов.

Ключевым компонентом миниатюризации является сам генератор световых листов, который необходимо вставить в и, следовательно, должен быть как можно меньше, чтобы избежать смещения слишком большого количества мозговой ткани. В новом исследовании, опубликованном в Нейрофотоника, международная группа исследователей из Калифорнийского технологического института (), Университета Торонто (), University Health Network (Канада), Института физики микроструктур Макса Планка () и Advanced Micro Foundry (Сингапур) разработала миниатюрный генератор световых лучей или фотонный нейронный , который можно имплантировать в мозг живого животного.

Исследователи использовали нанофотонную технологию для создания ультратонких фотонных нейронных зондов на основе кремния, которые излучают несколько адресуемых тонких слоев света толщиной <16 микрометров на расстояниях 300 микрометров в свободном пространстве. При тестировании на тканях мозга мышей, которые были генетически сконструированы для экспрессии флуоресцентных белков в своем мозгу, зонды позволили исследователям получать изображения областей размером 240 × 490 мкм. Более того, уровень контрастности изображения был выше, чем у альтернативного метода визуализации, называемого эпифлуоресцентной микроскопией.

Описывая важность работы своей команды, ведущий автор исследования Уэсли Захер говорит: «Эта новая технология имплантируемого фотонного нейронного зонда для генерации световых слоев в мозгу позволяет обойти многие ограничения, которые ограничивают использование флуоресцентной визуализации световых листов в экспериментальная нейробиология. Мы прогнозируем, что эта технология приведет к новым вариантам световой микроскопии для глубокой визуализации мозга и поведенческих экспериментов со свободно движущимися животными ».

Такие варианты были бы благом для нейробиологов, стремящихся понять работу мозга.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments