Високоскоростният микроскоп може да предложи прозрение за аутизъм, шизофрения
Сега невролозите от Калифорнийския университет в Лос Анджелис (UCLA) обединиха усилията си с физиците, за да разработят неинвазивен, изключително високоскоростен микроскоп, който незабавно улавя стрелбата на хиляди неврони в мозъка, докато комуникират - или в тези случаи - не комуникират помежду си.
„Според нас това е най-бързият двуфотонен възбудителен микроскоп за триизмерно изобразяване in vivo“, каза професорът по физика на UCLA д-р Katsushi Arisaka, който разработи системата за оптично изображение с д-р Carlos Portera-Cailliau, асистент в UCLA по неврология и невробиология и колеги.
Тъй като невропсихиатричните заболявания като аутизъм, шизофрения и умствена изостаналост обикновено не показват физическо увреждане на мозъка, се смята, че те са причинени от проблеми с проводимостта - невроните не се стрелят правилно. Нормалните клетки имат модели на електрическа активност, каза Портера-Кайо, но нередовната клетъчна активност като цяло не създава полезна информация, която мозъкът може да използва.
„Едно от най-големите предизвикателства пред неврологията през 21 век е да се разбере как милиардите неврони, които образуват мозъка, комуникират помежду си, за да създадат сложно поведение“, каза той.
„Крайната полза от този тип изследвания ще дойде от дешифрирането как дисфункционалните модели на активност сред невроните водят до опустошителни симптоми при различни невропсихиатрични разстройства.“
Наскоро Portera-Cailliau използваше изображения с калций, метод, при който невроните поемат флуоресцентни багрила. Когато клетките стрелят, те „мигат като светлини в коледно дърво“, каза той. „Нашата роля сега е да дешифрираме кода, който използват невроните, който е заровен в тези мигащи светлинни модели.“
Въпреки това, казва Portera-Cailliau, тази техника има своите ограничения.
„Сигналът на флуоресцентното багрило на калциева основа, който използвахме, изчезна, когато заснехме по-дълбоко в кората. Не можахме да си представим всички клетки “, каза той.
Също така, Portera-Cailliau и неговият екип вярваха, че им липсва важна информация, тъй като не могат да уловят достатъчно голям участък от мозъка достатъчно бързо, за да измерват груповото изстрелване на отделни неврони. Това беше ключовият фактор, който накара Арисака и Адриан Ченг, един от неговите възпитаници, да търсят по-бърз метод за записване на неврони.
Разработеният от тях микроскоп е многофокална двуфотонна микроскопия с пространствено-времево възбуждане-емисионно мултиплексиране (STEM). Това е модифицирана версия на двуфотонни лазерни сканиращи микроскопи, които записват флуоресцентни калциеви багрила вътре в невроните, но с основния лазерен лъч, разделен на четири по-малки лъча.
Тази техника им позволява да записват четири пъти повече мозъчни клетки от оригиналната версия, четири пъти по-бързо. Също така е използван различен лъч за записване на неврони на различни дълбочини в мозъка, придавайки на изображението напълно нов 3-D ефект.
„Повечето видеокамери са проектирани да заснемат изображение с 30 снимки в секунда. Това, което направихме, беше да ускорим 10 пъти до около 250 снимки в секунда “, каза Арисака. „И ние работим по това да го направим още по-бързо.“
Резултатът, каза той, „е триизмерно видео с висока разделителна способност на активността на невроналната верига в живо животно“.
Portera-Cailliau вече се възползва от предимствата на тази техника за изображения в своите изследвания на синдрома на Fragile X, форма на аутизъм. Използвайки тази нова технология, той е в състояние да сравни кората на нормална мишка с мишка-мутант Fragile X и да стане свидетел на неправилното запалване на невроните в мозъка на Fragile X.
Проучването може да бъде намерено в изданието на списанието от 9 януари Природни методи.
Източник: Калифорнийски университет
