Новая техника микроскопии заглядывает глубоко в мозг
Новая техника микроскопии, разработанная учёными из Рокфеллеровского университета, объединяет новые и существующие подходы для получения более целостной картины работы мозга. Описанная в журнале Cell, технология фиксирует клеточную активность в больших объёмах нервной ткани с высокой скоростью и на новых глубинах.
Преодоление компромиссов
В течение десятилетий визуализация мозга была сопряжена с компромиссами: одни методы дают качественные изображения, но не фиксируют активность в реальном времени, другие — быстрые, но с низким пространственным разрешением.
Новая технология, названная гибридной мультиплексной микроскопией с формированием светового пучка (HyMS), призвана преодолеть эти ограничения. Она основана на улучшении метода двухфотонной (2p) микроскопии — «золотого стандарта» для исследования клеточной активности в мозге.
Гибридный подход
HyMS интегрирует два ключевых подхода:
- Параллельная запись: вместо медленного поточечного сканирования технология позволяет записывать данные из нескольких областей мозга одновременно, контролируя размер и форму каждого сканируемого пятна.
- Глубокое проникновение: для преодоления ограничения стандартной 2p-микроскопии, работающей только на поверхности коры мозга, HyMS использует также трёхфотонную (3p) микроскопию. Это позволяет проникать в глубокие структуры, такие как гиппокамп.
Совместное применение 2p и 3p позволяет получать картину быстрой клеточной активности на нескольких слоях мозговой ткани.
Возможности технологии
- Скорость: HyMS обладает самой высокой частотой кадров среди доступных 3p-техник.
- Объём: вместо сканирования одной плоскости технология получает информацию со всего образца ткани, позволяя одновременно записывать активность до 12 000 нейронов.
- Глубина: позволяет одновременно измерять активность областей мозга на разных глубинах, отслеживая взаимодействие между корковыми и подкорковыми структурами.
- Применение в поведенческих исследованиях: технология позволяет записывать сигналы от тысяч нейронов у активно взаимодействующих с окружением животных (например, бегущих на тренажёре или слушающих звуки).
Значение для нейронауки
По словам руководителя исследования Алипаши Вазири, такие методы, как HyMS, жизненно важны для понимания того, как мозг обрабатывает информацию, поскольку она часто представлена не отдельными клетками, а состояниями сети.
«Чтобы понять динамику сети, вам нужны точные измерения больших частей мозга на уровне отдельных нейронов. Это то, что мы сделали здесь», — говорит Вазири.
Технология открывает путь к изучению нейронных механизмов, лежащих в основе различных аспектов поведения и познания.