Как увидеть работу мозга во время движения во всей полноте

Нейробиологи и физики из Германии создали новое устройство, которое позволяет считывать активность свободно движущегося животного «на всю глубину» коры головного мозга.

Как увидеть работу мозга во время движения во всей полноте

Новый трехфотонный микроскоп может сильно продвинуть науку в исследовании нейронных цепочек, которые ответственны за поведение и когнитивные функции. Описание метода опубликовано в подходящем журнале: Nature Methods.

В 2009 году группа Джейсона Керра из Бонна в сотрудничестве с группой Винфрида Денка из Института нейробиологии Общества Макса Планка (Мартинсрид) создала миниатюрный многофотонный микроскоп, монтирующийся на голове крысы. Это позволило регистрировать активность нейронных популяций, расположенных в нескольких верхних слоях зрительной коры бодрствующих, свободно двигающихся крыс. Хотя этот «двухфотонный волоконноскоп» был прорывом в измерении мозговой активности свободно перемещающихся животных, большинство кортикальных слоев оставались вне досягаемости. Для изображения более глубоких слоев коры головного мозга на клеточном уровне требовался новый подход.

В сотрудничестве с группой Филиппа Рассела в Институте наук о свете Общества Макса Планка, группа Керра разработала небольшой головной многофотонный микроскоп, способный визуализировать все кортикальные слои в свободно движущейся крысе. Свет доставляется через специально разработанное и изготовленное стекловолокно, используя «трехфотонный эффект» для изображения нейрональной активности, расположенной в глубоких кортикальных слоях.

Как увидеть работу мозга во время движения во всей полноте
Схема микроскопа и установленное устройство на голове крысы

Визуализация активности нейронов происходит благодаря генетически встроенному кальциевому сенсору GCaMP6s – искусственно созданному на основе зеленого флуоресцентного белка соединению, которое светится во время поступления кальция в пресинаптическую терминаль во время передачи нервного импульса. Позволяет метод увидеть и кальциевую активность астроцитов.

Как увидеть работу мозга во время движения во всей полноте
Запись активности нейронов у анестезированной мыши. На изображении f красным «светят» астроциты

По сравнению с двухфотонной или однофотонной флуоресцентной микроскопией, трехфотонная идеально подходит для визуализации сигнала глубоко в рассеивающей ткани и позволяет получить более четкие изображения одиночных клеток глубоко коре. Новый микроскоп позволяет непрерывно визуализировать популяции нейронов, даже когда животное бегает или выполняет сложные поведенческие задачи, в течение длительных периодов времени.

Исследователи ожидают, что фиброскоп будет широко применяться для поведенческих исследований, поскольку предыдущие микроскопы были ограничены в глубине получаемого изображения и непригодны для использования в течение длительного периода времени, ограничивая типы поведения, которые можно было наблюдать. С помощью этого нового подхода исследователи теперь смогут понять сложную сетевую динамику, лежащую в основе нейронных вычислений, которые, в свою очередь, формируют основу восприятия и поведения.

Текст: Алексей Паевский

Ссылка на источник

Просмотров
Всего:
4 860 | За месяц: 4 860 | За неделю: 0 | За сутки: 0