Didelio greičio mikroskopas gali suteikti įžvalgos apie autizmą, šizofreniją

Manoma, kad tam tikrus smegenų sutrikimus, tokius kaip šizofrenija, autizmas ir protinis atsilikimas, lemia smegenų ląstelių ryšio sutrikimas ir nėra lengvai aptinkamų fizinių požymių, lemiančių diagnozę. Tiesą sakant, net fMRI ir PET tyrimai gali pasiūlyti tik ribotą smegenų veiklos išsamią informaciją šiais atvejais.

Dabar Kalifornijos universiteto (Los Andželas) (UCLA) neuromokslininkai suvienijo jėgas su fizikais, kad sukurtų neinvazinį, ypač greitą mikroskopą, kuris akimirksniu užfiksuotų tūkstančių neuronų šaudymą smegenyse jiems bendraujant - arba šiais atvejais -. nesusikalbėti.

„Mūsų nuomone, tai yra greičiausias pasaulyje dviejų fotonų sužadinimo mikroskopas trimačiams vaizdams in vivo“, - sakė UCLA fizikos profesorius dr. Katsushi Arisaka, optinio vaizdo sistemą sukūręs kartu su UCLA docentu dr. Carlosu Portera-Cailliau. neurologijos ir neurobiologijos ir kolegos.

Kadangi neuropsichiatrinės ligos, tokios kaip autizmas, šizofrenija ir protinis atsilikimas, paprastai neturi jokio fizinio smegenų pažeidimo, manoma, kad jas sukelia laidumo problemos - neuronai netinkamai šaudo. Normalios ląstelės turi elektrinio aktyvumo modelius, sakė Portera-Cailliau, tačiau nereguliarus ląstelių aktyvumas nesukuria naudingos informacijos, kurią smegenys gali naudoti.

"Vienas iš didžiausių XXI amžiaus neuromokslų iššūkių yra suprasti, kaip milijardai neuronų, kurie sudaro smegenis, bendrauja tarpusavyje, kad sukurtų sudėtingą elgesį", - sakė jis.

„Galutinė tokio tipo tyrimų nauda bus iššifruota, kaip disfunkciniai neuronų aktyvumo modeliai sukelia pražūtingus įvairių neuropsichiatrinių sutrikimų simptomus.“

Neseniai Portera-Cailliau naudojo kalcio vaizdą - metodą, kai neuronai pasisavina fluorescuojančius dažus. Uždegus kameroms, jos „mirksi kaip šviesos eglutėje“, - sakė jis. „Dabar mūsų vaidmuo yra iššifruoti neuronų naudojamą kodą, kuris palaidotas tuose mirksinčiuose šviesos modeliuose.“

Tačiau, sako Portera-Cailliau, ta technika turi ribotumų.

„Kalcio pagrindu pagamintų fluorescuojančių dažų, kuriuos naudojome, signalas išblėso, kai vaizdavome giliau į žievę. Negalėjome atvaizduoti visų kamerų “, - sakė jis.

Be to, Portera-Cailliau ir jo komanda manė, kad jiems trūksta svarbios informacijos, nes jie negalėjo pakankamai greitai užfiksuoti didelės smegenų dalies, kad būtų galima išmatuoti atskirų neuronų grupinį šaudymą. Tai buvo pagrindinis veiksnys, kuris paskatino Arisaką ir Adrianą Chengus, vieną iš jo magistrantų, ieškoti greitesnio neuronų registravimo metodo.

Jų sukurtas mikroskopas yra daugiafokalė dviejų fotonų mikroskopija su laiko ir laiko sužadinimo-emisijos multipleksavimu (STEM). Tai modifikuota dviejų fotonų lazeriu nuskaitančių mikroskopų versija, fiksuojanti fluorescuojančius kalcio dažus neuronų viduje, tačiau pagrindinį lazerio spindulį padalijus į keturis mažesnius pluoštus.

Ši technika leidžia jiems įrašyti keturis kartus daugiau smegenų ląstelių nei pradinė versija, keturis kartus greičiau. Be to, skirtingas spindulys buvo naudojamas užfiksuoti neuronus įvairiuose gylyje smegenyse, suteikiant vaizdui visiškai naują 3D efektą.

„Dauguma vaizdo kamerų yra skirtos vaizdui fiksuoti 30 nuotraukų per sekundę greičiu. Tai, ką mes padarėme, pagreitino 10 kartų iki maždaug 250 nuotraukų per sekundę “, - sakė Arisaka. "Ir mes stengiamės, kad tai dar greičiau."

Rezultatas, pasak jo, „yra didelės raiškos trimatis vaizdo įrašas apie gyvo gyvūno neuronų grandinės veiklą“.

Portera-Cailliau jau naudojasi šios vaizdavimo technikos pranašumais, tyrinėdamas „Fragile X“ sindromą - autizmo formą. Taikydamas šią naują technologiją, jis gali palyginti įprastos pelės žievę su „Fragile X“ mutantine pele ir stebėti, kaip pažeidžiami „Fragile X“ smegenų neuronai.

Tyrimą galima rasti sausio 9 d. Žurnalo leidime Gamtos metodai.

Šaltinis: Kalifornijos universitetas