Новый метод отображения цепей мозга в реальном времени | Советы девушкам

Чтобы глубже понять мозг, нейробиологи должны уметь детально отображать нейронные цепи, отвечающие за такие задачи, как обработка сенсорной информации или формирование новых воспоминаний. Теперь группа исследователей из Калифорнийского технологического института описала новый подход, который может позволить в реальном времени наблюдать за активностью всех тысяч и миллионов нейронов в определенной цепи мозга. Авторы утверждают, что новый метод, обсуждаемый в статье «Перспектива», опубликованной в журнале Neuron 14 октября, имеет гораздо больший потенциал, чем любой существующий подход.

В новом методе, получившем название «интегрированная нейрофотоника», используются крошечные массивы оптических микрочипов, которые могут быть имплантированы на любую глубину внутри мозга, в сочетании с флуоресцентными молекулярными репортерами и оптогенетическими исполнительными механизмами для оптического мониторинга нейронов и управления их активностью соответственно. Матрицы излучают микромасштабные лучи света, чтобы стимулировать генетически модифицированные нейроны вокруг них и в то же время записывать активность этих клеток, раскрывая их функции. Хотя эта работа в настоящее время проводится только на моделях животных, однажды она может помочь раскрыть схемы глубоко внутри человеческого мозга , говорит Майкл Роукс, главный исследователь статьи и профессор физики, прикладной физики и биоинженерии Фрэнка Дж. Рошека из Калифорнийского технологического института.

«Плотная запись на глубине – вот ключ», – говорит Роукс. «В ближайшее время мы не сможем регистрировать всю активность мозга. Но можем ли мы сосредоточиться на некоторых из его важных вычислительных структур в определенных областях мозга? Это наша мотивация».

В последние годы нейробиологи начали использовать оптогенетику для изучения все больших групп нейронов у модельных животных, включая грызунов. В оптогенетике нейроны генетически сконструированы для экспрессии определенного белкового маркера, такого как зеленый флуоресцентный белок (GFP), при возбуждении светом определенной длины волны. Присутствие GFP заставляет клетку светиться зеленым светом под флуоресцентным светом, обеспечивая визуальный индикатор нейронной активности. Объединяя сенсорные молекулы с этими маркерами, исследователи могут создавать нейроны, которые сигнализируют о своей локальной активности, модулируя эту флуоресценцию. Оптогенетика решает некоторые проблемы, присущие исследованиям в области нейробиологии, которые полагаются на имплантированные электроды для измерения электрической активности нейронов, которая в среднем может надежно измерить только один нейрон из-за всей электрической активности в мозге.

Но текущие оптогенетические исследования мозга ограничены существенными физическими ограничениями, говорит Лоран Моро, старший научный сотрудник Калифорнийского технологического института и ведущий автор статьи. Мозговая ткань рассеивает свет, а это означает, что свет, падающий извне, может перемещаться внутри мозга только на короткие расстояния . Из-за этого оптически можно исследовать только области менее двух миллиметров от поверхности мозга. Вот почему наиболее изученные мозговые цепи обычно являются простыми, которые передают сенсорную информацию, например, сенсорная кора у мышей – они расположены близко к поверхности. Короче говоря, в настоящее время методы оптогенетики не могут легко дать представление о цепях, расположенных глубже в мозге, включая те, которые участвуют в когнитивных процессах или процессах обучения более высокого порядка.

По словам Роукса и его коллег, интегрированная нейрофотоника решает эту проблему. В этом методе микромасштабные элементы полной системы визуализации имплантируются рядом со сложными нервными цепями, расположенными глубоко внутри мозга , в таких областях, как гиппокамп (который участвует в формировании памяти), полосатое тело (которое контролирует познание) и другие фундаментальные структуры. в беспрецедентном разрешении. Рассмотрим аналогичную технологию функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), метод сканирования, который в настоящее время используется для изображения всего мозга. Каждый воксель или трехмерный пиксель в сканировании фМРТ обычно имеет объем около кубического миллиметра и содержит примерно 100 000 нейронов . Таким образом, каждый воксель представляет собой среднюю активность всех этих 100 000 ячеек.

«Общая цель интегрированной нейрофотоники – записать, что каждый нейрон в этой коллекции из 100 000 делает в реальном времени», – говорит Роукс.

Leave comment

Your email address will not be published. Required fields are marked with *.

13 − 10 =