Кальциевый сенсор для МРТ позволяет получить более чувствительные изображения мозга
Нейробиологи MIT разработали новый сенсор для магнитно-резонансной томографии (МРТ), который позволяет отслеживать нейронную активность в глубинных структурах мозга, мониторя ионы кальция.
Поскольку ионы кальция напрямую связаны с возбуждением нейронов — в отличие от изменений кровотока, которые фиксируют другие виды МРТ и дают косвенный сигнал — этот новый тип сенсирования позволит исследователям связать конкретные функции мозга с паттернами нейронной активности и определить, как удалённые области мозга взаимодействуют друг с другом во время определённых задач.
В тестах на крысах исследователи показали, что их кальциевый сенсор может точно обнаруживать изменения нейронной активности, вызванные химической или электрической стимуляцией, в глубине части мозга, называемой стриатумом.
Отслеживание кальция
Поток ионов кальция можно напрямую связать с активностью нейронов. Когда нейрон генерирует электрический импульс, ионы кальция устремляются в клетку.
Команда MIT разработала способ визуализации кальция с помощью МРТ, что позволяет анализировать гораздо большие объёмы ткани. Для этого они создали новый сенсор, способный обнаруживать тонкие изменения концентрации кальция вне клеток и реагировать так, чтобы это можно было зафиксировать с помощью МРТ.
Новый сенсор состоит из двух типов частиц, которые слипаются в присутствии кальция:
- Естественный кальций-связывающий белок синаптотагмин.
- Магнитная наночастица оксида железа, покрытая липидом, который также может связываться с синаптотагмином, но только при наличии кальция.
Связывание кальция заставляет эти частицы слипаться, делая их более тёмными на МРТ-изображении. Высокий уровень кальция вне нейронов коррелирует с низкой нейронной активностью; когда концентрация кальция падает, это означает, что нейроны в этой области генерируют электрические импульсы.
Обнаружение активности мозга
Для тестирования сенсоров исследователи ввели их в стриатум крыс. Они обнаружили, что сенсор отражает активность, вызванную химическим стимулом, а также улавливает активность, вызванную электрической стимуляцией в части мозга, связанной с системой вознаграждения.
Текущая версия сенсора реагирует в течение нескольких секунд после начальной стимуляции мозга, но исследователи работают над ускорением этого процесса. Они также пытаются модифицировать сенсор так, чтобы он мог распространяться по большей области мозга и проходить через гемато-энцефалический барьер, что позволило бы доставлять частицы без прямой инъекции в место тестирования.