Ātrgaitas mikroskops var piedāvāt ieskatu autismā, šizofrēnijā
Tagad neirozinātnieki Kalifornijas universitātē Losandželosā (UCLA) ir apvienojuši spēkus ar fiziķiem, lai izstrādātu neinvazīvu, īpaši ātrgaitas mikroskopu, kas uzreiz uztver tūkstošiem neironu izšaušanu smadzenēs, kad viņi sazinās - vai šajos gadījumos - nepareizi sazināties savā starpā.
"Pēc mūsu domām, tas ir pasaulē ātrākais divu fotonu ierosmes mikroskops trīsdimensiju attēlveidošanai in vivo," sacīja UCLA fizikas profesors Dr. Katsushi Arisaka, kurš izstrādāja optisko attēlu sistēmu kopā ar UCLA docentu Dr. Carlos Portera-Cailliau. neiroloģijas un neirobioloģijas jomā, un kolēģi.
Tā kā neiropsihiatriskās slimības, piemēram, autisms, šizofrēnija un garīgā atpalicība, parasti nerada fiziskus smadzeņu bojājumus, tiek uzskatīts, ka tās izraisa vadītspējas problēmas - neironi nedarbojas pareizi. Parastajām šūnām ir elektriskās aktivitātes modeļi, sacīja Portera-Cailliau, bet neregulāra šūnu aktivitāte kopumā nerada noderīgu informāciju, ko smadzenes var izmantot.
"Viens no lielākajiem neirozinātnes izaicinājumiem 21. gadsimtā ir saprast, kā miljardi neironu, kas veido smadzenes, sazinās viens ar otru, lai radītu sarežģītu uzvedību," viņš teica.
"Galīgais ieguvums no šāda veida pētījumiem būs, atšifrējot to, kā disfunkcionāli neironu darbības modeļi noved pie postošiem simptomiem dažādu neiropsihiatrisku traucējumu gadījumā."
Nesen Portera-Cailliau izmantoja kalcija attēlveidošanu - metodi, kurā neironi uzņem fluorescējošas krāsvielas. Kad šūnas aizdegas, tās “mirgo kā gaismas eglītē”, viņš teica. "Tagad mūsu loma ir atšifrēt neironu izmantoto kodu, kas ir aprakts šajos mirgojošajos gaismas modeļos."
Tomēr, saka Portera-Cailliau, šai tehnikai ir savi ierobežojumi.
"Mēs izmantojām uz kalciju balstītas fluorescējošas krāsas signālu, kad mēs attēlojām dziļāk garozā. Mēs nevarējām attēlot visas šūnas, ”viņš teica.
Tāpat Portera-Cailliau un viņa komanda uzskatīja, ka viņiem trūkst svarīgas informācijas, jo viņi nespēj pietiekami ātri uztvert pietiekami lielu smadzeņu daļu, lai izmērītu atsevišķu neironu grupas šaušanu. Tas bija galvenais faktors, kas pamudināja Arisaku un Adrianu Čengu, vienu no viņa absolventiem, meklēt ātrāku neironu reģistrēšanas metodi.
Viņu izstrādātais mikroskops ir daudzfokāla divu fotonu mikroskopija ar laika-laika ierosmes-emisijas multipleksēšanu (STEM). Tā ir modificēta divu fotonu lāzerskenējošo mikroskopu versija, kas neironu iekšienē reģistrē fluorescējošas kalcija krāsvielas, bet ar galveno lāzera staru sadalot četros mazākos staros.
Šis paņēmiens ļauj viņiem ierakstīt četras reizes vairāk smadzeņu šūnu nekā sākotnējā versijā, četras reizes ātrāk. Arī neironu reģistrēšanai dažādos dziļumos smadzeņu iekšienē tika izmantots cits stars, piešķirot attēlam pilnīgi jaunu 3D efektu.
“Lielākā daļa videokameru ir paredzētas, lai uzņemtu attēlu ar ātrumu 30 attēli sekundē. Tas, ko mēs izdarījām, to paātrināja 10 reizes, līdz aptuveni 250 attēliem sekundē, ”sacīja Arisaka. "Un mēs strādājam, lai to padarītu vēl ātrāku."
Rezultāts, pēc viņa teiktā, ir "augstas izšķirtspējas trīsdimensiju video par dzīvā dzīvnieka neironu ķēdes darbību".
Portera-Cailliau jau izpēta šīs attēlveidošanas tehnikas priekšrocības, pētot Fragile X sindromu, kas ir autisma forma. Izmantojot šo jauno tehnoloģiju, viņš spēj salīdzināt parastās peles garozu ar Fragile X mutantu peli un būt liecinieks neironu nepareizai iedarbībai Fragile X smadzenēs.
Pētījums atrodams žurnāla 9. janvāra izdevumā Dabas metodes.
Avots: Kalifornijas Universitāte
