Пять граммов для исследования мозга: создан миниатюрный микроскоп нового поколения

Исследователи из Университета Колорадо в Аншуце и Университета Колорадо в Боулдере разработали миниатюрный микроскоп, который позволяет наблюдать за отдельными клетками мозга и одновременно управлять их активностью во время естественного поведения животного.

Устройство весит всего 5 граммов и крепится непосредственно на голове. Разработка может помочь ученым лучше понять, как мозг управляет поведением, а также исследовать механизмы неврологических заболеваний. Результаты работы опубликованы в журнале Optica.

Новый микроскоп получил название Opto2P-FCM. Он сочетает получение изображений высокого разрешения с оптической стимуляцией отдельных нейронов — воздействием света, которое позволяет выборочно активировать нужные клетки.

Это отличает устройство от многих существующих миниатюрных микроскопов. Они позволяют наблюдать за активностью мозга у свободно передвигающихся животных, однако часто уступают более крупным лабораторным системам по качеству изображения или не дают возможности одновременно воздействовать на конкретные нейроны.

«Этот микроскоп меняет правила игры», — отметила соавтор исследования Джульет Гопинат, профессор Университета Колорадо в Боулдере.

На протяжении десятилетий одним из основных инструментов для получения детальных изображений живой ткани мозга считалась двухфотонная микроскопия. Однако для ее работы животное обычно должно оставаться неподвижным. Это существенно ограничивает возможности изучения мозга во время движения и других естественных действий.

Новая система решает эту проблему благодаря двум отдельным оптическим каналам. Один отвечает за получение четких изображений мозга, а второй направляет свет на выбранные нейроны и активирует их.

Благодаря разделению этих функций исследователи могут одновременно видеть работу нервных клеток и проверять, как изменение активности конкретных нейронов влияет на остальные клетки и поведение.

Создание такого устройства оказалось сложной инженерной задачей. При массе всего 5 граммов конструкторам пришлось учитывать положение и точность каждого элемента, включая миниатюрные оптические компоненты.

По словам исследователей, новая технология может использоваться для изучения заболеваний, связанных с нарушением работы нейронных сетей, включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и эпилепсию.

Устройство пока остается прототипом. В дальнейшем команда планирует сделать его еще меньше и легче, увеличить скорость работы и расширить область наблюдения.

Исследователи рассчитывают, что такая технология позволит не только наблюдать за работой мозга, но и точечно вмешиваться в активность отдельных клеток, чтобы понять, как взаимодействие нейронов формирует поведение и что именно меняется при заболеваниях.

Следите за NEWS.am Medicine на Facebook и Twitter