737
Інженери MIT створили мікроскоп, який може реєструвати електричну активність нейронів, розподілених майже по всьому мозку живої личинки даніо. Система працює з мілісекундною точністю й дозволяє бачити не повільний непрямий сигнал, а самі швидкі електричні імпульси, якими нейрони обмінюються під час роботи мозку.
Звичайне calcium imaging часто використовують як непрямий показник нейронної активності, але зміни кальцію відбуваються надто повільно, щоб бачити окремі спайки. MIT використав genetically encoded voltage indicators — флуоресцентні білки, які змінюють світіння, коли мембранна напруга нейрона змінюється.
Головною технічною проблемою було одночасно зберегти великий об’єм зображення і швидкість. Команда модифікувала light-sheet microscope, прискорила камеру й застосувала remote refocusing, щоб дуже швидко перемикатися між шарами мозку.
Що показало дослідження
У результаті весь мозок личинки даніо вдалося сканувати 200 разів на секунду — приблизно раз на п’ять мілісекунд. Це дало змогу бачити одиночні імпульси та короткі серії спайків у нейронах, розташованих у різних частинах мозку.
Для тесту рибам показували ультрафіолетове світло. Спочатку активувалася optic tectum — область, яка отримує зорові сигнали, після чого активність поширювалася між іншими ділянками. Окремі послідовності активності виникали також у мозочку й задньому мозку навіть без зовнішнього стимулу.
Поки добре читався сигнал приблизно у чверті нейронів, які експресували індикатор. Наступна мета команди — збільшити частку видимих клітин, підвищити швидкість і роздільну здатність та адаптувати метод до інших модельних організмів, зокрема мишей.
Автори вважають, що технологія може допомогти перейти від вивчення окремих локальних ділянок до аналізу мозку як єдиної мережі. Це може бути важливо для дослідження того, як одночасна робота багатьох зон створює рішення, сприйняття, рухи та складні внутрішні стани.
Для нейрофізіології принципово важлива саме швидкість вимірювання. Електричний потенціал нейрона може змінюватися за мілісекунди, тому методи, які бачать лише повільні зміни концентрації кальцію, часто згладжують окремі імпульси й короткі послідовності активності.
У новій системі genetically encoded voltage indicators вбудовуються в мембрани нейронів і змінюють флуоресценцію безпосередньо у відповідь на коливання напруги. Це дозволяє співвідносити світловий сигнал із реальними електричними подіями значно точніше, ніж за непрямими метаболічними показниками.
Личинки даніо зручні для такого експерименту через невеликий і відносно прозорий мозок. Дослідники можуть одночасно спостерігати багато нейронів у живій тварині, не розрізаючи тканину й не обмежуючись одним локальним електродом.
Автори розглядають нову систему як основу для майбутнього аналізу великих нейронних мереж: можна буде простежувати, як сигнал виникає в одній сенсорній області, переходить у ділянки прийняття рішення, а потім — у моторні центри.
Джерело: MIT News
