Microscopul de mare viteză poate oferi o perspectivă asupra autismului, schizofreniei
Acum neurologii de la Universitatea din California, Los Angeles (UCLA) și-au unit forțele cu fizicienii pentru a dezvolta un microscop neinvaziv, de viteză extrem de mare, care surprinde instantaneu tragerea a mii de neuroni în creier pe măsură ce comunică - sau în aceste cazuri - comunică greșit unul cu celălalt.
„În opinia noastră, acesta este cel mai rapid microscop de excitație cu doi fotoni din lume pentru imagini tridimensionale in vivo”, a declarat profesorul de fizică UCLA Dr. Katsushi Arisaka, care a dezvoltat sistemul de imagistică optică alături de Dr. Carlos Portera-Cailliau, profesor asistent UCLA de neurologie și neurobiologie și colegi.
Deoarece bolile neuropsihiatrice precum autismul, schizofrenia și retardul mental nu prezintă de obicei vătămări fizice ale creierului, se crede că sunt cauzate de probleme de conductivitate - neuronii care nu trag corect. Celulele normale au modele de activitate electrică, a spus Portera-Cailliau, dar activitatea neregulată a celulelor în ansamblu nu creează informații utile pe care creierul le poate folosi.
Una dintre cele mai mari provocări pentru neuroștiințe în secolul 21 este de a înțelege modul în care miliarde de neuroni care formează creierul comunică între ei pentru a produce comportamente complexe, a spus el.
Beneficiul final al acestui tip de cercetare va veni de la descifrarea modurilor disfuncționale de activitate în rândul neuronilor care conduc la simptome devastatoare într-o varietate de tulburări neuropsihiatrice.
Recent, Portera-Cailliau folosea imagistica cu calciu, o metodă prin care neuronii iau coloranți fluorescenți. Când celulele trag, „clipesc ca lumini într-un pom de Crăciun”, a spus el. Rolul nostru este acum de a descifra codul pe care îl folosesc neuronii, care este îngropat în acele tipare de lumină intermitentă. ”
Cu toate acestea, spune Portera-Cailliau, această tehnică are limitările sale.
Semnalul colorantului fluorescent pe baza de calciu pe care l-am folosit s-a estompat pe masura ce ne-am imaginat mai adanc in cortex. Nu am putut imagina toate celulele ”, a spus el.
De asemenea, Portera-Cailliau și echipa sa au crezut că le lipsesc informații importante, deoarece nu pot captura o secțiune suficient de mare a creierului suficient de rapid pentru a măsura declanșarea în grup a neuronilor individuali. Acesta a fost factorul cheie care i-a determinat pe Arisaka și Adrian Cheng, unul dintre studenții săi absolvenți, să caute o metodă mai rapidă de înregistrare a neuronilor.
Microscopul pe care l-au dezvoltat este o microscopie multifocală cu doi fotoni cu multiplexare spațio-temporală de excitație-emisie (STEM). Este o versiune modificată a microscopilor cu scanare laser cu doi fotoni care înregistrează coloranți fluorescenți de calciu în interiorul neuronilor, dar cu fasciculul laser principal împărțit în patru fascicule mai mici.
Această tehnică le permite să înregistreze de patru ori mai multe celule cerebrale decât versiunea originală, de patru ori mai rapid. De asemenea, un fascicul diferit a fost folosit pentru a înregistra neuronii la diferite adâncimi din interiorul creierului, oferind imaginii un efect 3D complet nou.
„Majoritatea camerelor video sunt concepute pentru a captura o imagine la 30 de imagini pe secundă. Ceea ce am făcut a fost să accelerăm de 10 ori până la aproximativ 250 de imagini pe secundă ”, a spus Arisaka. „Și lucrăm să-l facem și mai rapid.”
Rezultatul, a spus el, „este un videoclip tridimensional de înaltă rezoluție a activității circuitului neuronal la un animal viu”.
Portera-Cailliau culege deja beneficiile acestei tehnici imagistice în studiile sale despre sindromul Fragile X, o formă de autism. Folosind această nouă tehnologie, el este capabil să compare cortexul unui șoarece normal cu un șoarece mutant Fragile X și să asiste la ratarea neuronilor din creierul Fragile X.
Studiul poate fi găsit în ediția din 9 ianuarie a revistei Metode ale naturii.
Sursa: Universitatea din California
