Как работает наш мозг? Новое устройство поможет это выяснить

Любой нейробиолог мечтает о возможности понаблюдать за тем, как миллионы нейронов взаимодействуют друг с другом. Новый метод, предложенный учеными из Helmholtz Zentrum München и Technical University of Munich, впервые дал возможность воплотить эту мечту в жизнь. Специалисты смогли в реальном времени и трех измерениях увидеть, как активируются нейронные цепи в мозге рыбы.

Чтобы понять, как действуют многие функции мозга, недостаточно изучать работу отдельных нейронов. Нужно наблюдать за взаимодействием огромных групп этих клеток — как они передают сигналы внутри и вне групп. Обычно для этого использовалась оптическая микроскопия, но у этого метода есть большой минус — ограниченная глубина проникновения.

Группа ученых под руководством профессора Даниэля Разански предложила новый неинвазивный способ исследования живых тканей на глубине до 1 см, в основе которого лежит оптоакустика, которая, как объяснили авторы, может быть чувствительна к изменениям в концентрации ионов кальция, обусловленным активностью нейронов. Ученые создали быстродействующее устройство для проведения функциональной оптоакустической томографии, которое может одновременно записывать сигналы огромного количества нейронов.

В ходе экспериментов с мозгом рыбы данио-рерио ученым благодаря новому устройству действительно удалось впервые в реальном времени заснять, как работают нейроны. Кроме того, новая техника позволила отследить нейронную активность живых особей в ходе естественного движения.

Оптическая микроскопия позволяет сделать снимок кубического миллиметра мозга. Мозг взрослых рыб, за которыми наблюдали ученые, достигал объема примерно в 24 кубических миллиметра (2х3х4 мм), и с помощью новой техники группа профессора Разански смогла записать сигналы мозга каждой особи целиком. Этот метод позволяет ученым, по их словам, анализировать область объемом до 1000 кубических миллиметров со снятием сигнала через каждые 10 миллисекунд.

Возможность наблюдения за активностью нейронов крайне важна для понимания, как работает мозг в здоровом и больном состояниях. Даниэль Разански сравнил открытую им и его коллегами технику с социальными сетями — если раньше кто-то (в данном случае нервная клетка) мог передать сообщение только соседу лично — то сейчас информация распространяется со скоростью лесного пожара.

Новый инструмент позволит разобраться в том, как работает человеческий мозг, лучше понять его патофизиологию, а в дальнейшем – и разработать новые методы лечения неврологических и психиатрических расстройств.

Следите за NEWS.am Medicine на Facebook и Twitter