В настоящее время общепризнано, что большинство функций мозга невозможно понять, исследуя отдельные нейроны. Для значимого прогресса нейробиологам необходима способность отслеживать активность миллионов нейронов как индивидуально, так и коллективно. Однако такие наблюдения пока были невозможны из-за ограниченной глубины проникновения методов оптической микроскопии в живой мозг.
Команда, возглавляемая профессором д-ром Даниэлем Разански, руководителем группы в Институте биологической и молекулярной визуализации (IBMI), Центром Гельмгольца Мюнхена и профессором инженерии молекулярной визуализации в Техническом университете Мюнхена, теперь нашла способ обратиться к этот вызов. Новый метод основан на так называемой оптоакустике, которая позволяет проводить неинвазивный опрос живых тканей на сантиметровой глубине.«Мы обнаружили, что оптоакустику можно сделать чувствительной к различиям в концентрациях ионов кальция, возникающих в результате нейронной активности, и разработали систему быстрой функциональной оптоакустической нейротомографии (FONT), которая может одновременно записывать сигналы от очень большого количества нейронов», — сказал доктор. Хосе Луис Дин-Бен, первый автор исследования.
Эксперименты, проведенные учеными на мозге взрослых рыбок данио (Danio rerio), экспрессирующих генетически кодируемый индикатор кальция GCaMP5G, впервые продемонстрировали фундаментальную способность напрямую отслеживать нейронную динамику с помощью оптоакустики, преодолевая давний барьер проникновения оптических изображений в непрозрачный мозг. Этот метод также позволял отслеживать нервную активность во время безудержного движения животных.Отслеживание лесного пожара«До сих пор мы продемонстрировали анализ в реальном времени всего мозга взрослых животных с размерами примерно 2x3x4 миллиметра (примерно 24 мм3)», — говорит руководитель исследования Разанский. По словам исследователей, современные методы оптической микроскопии в настоящее время ограничены объемами значительно ниже кубического миллиметра, когда дело доходит до визуализации быстрой нейронной активности.
Кроме того, их метод FONT уже способен визуализировать объемы более 1000 кубических миллиметров с временным разрешением 10 миллисекунд.Крупномасштабное наблюдение за нейронной активностью — ключ к пониманию того, как работает мозг как в нормальных, так и в болезненных условиях. «Благодаря нашему методу теперь можно фиксировать быструю активность миллионов нейронов одновременно.
Параллельные нейронные сети с социальными сетями: в прошлом мы могли читать, когда кто-то (в данном случае нервная клетка) размещал сообщение с соседом. Теперь мы также можем видеть, как это сообщение распространяется как лесной пожар », — объясняет Разанский. «Ожидается, что этот новый инструмент визуализации не только значительно продвинет наши знания о функции мозга и его патофизиологии, но и ускорит разработку новых методов лечения неврологических и психоневрологических расстройств», — заключает он.