Ученые из США разрабатывают технологию, которая поможет записывать активность мозга в виде нейронных сетей, образующихся во время работы клеток мозга. Работа опубликована в Nature Methods.
Алипаш Вазири (Alipash Vaziri) начал работать над темой записи активности нейронов шесть лет назад, будучи сотрудником в Исследовательском институте молекулярной патологии в Вене (Австрия). Он с коллегами впервые разработал метод, в котором с помощью оптического микроскопа можно наблюдать за активностью в мозге червя аскариды. Объем мозга этого существа составляет всего 302 нейрона. Дальше он исследовал мозг личинки рыбки данио-рерио, объемом 100000 нейронов. И вот покорена новая вершина — мозг мыши. Он сложнее на порядки, потому что в нем 70 млн нейронов. Кроме того, он непрозрачный, в отличие мозга червей и личинок рыб.
«Наша цель — узнать, как множество связывательных нейронов в мозге взаимодействуют в реальном времени и как их динамика влияет на поведение. Развив новый метод на основе "ваяния света" и используя его, чтобы зафиксировать активность множество нейронов в большой части коры головного мозга, мы значительно продвинулись в этом направлении», — цитирует пресс-служба Вазири, теперь доцента и главу лаборатории нейротехнологии и биофизики Университета Рокфеллера в США.
Чтобы сделать видимой активность нейронов, их нужно изменить. Для этого ученые заставили нейроны мышиного мозга флюоресцировать во время обмена сигналами друг с другом. Чем сильнее сигналы, тем сильнее свечение.
Микроскоп, задействованный в работе, должен генерировать сферические точки, чуть меньше, чем нейроны, и уметь эффективно заставлять их светиться. Также он должен быстро сканировать активность тысяч нейронов в трех измерениях во время свечения. Чтобы добиться этого, ученые применили технику «ваяния света», в которой короткие лазерные импульсы, разлагаются на цветные компоненты. Затем они собираются заново, чтобы создать изваянную возбужденную сферу.
Такая сфера сканируются, чтобы осветить нейроны внутри плоскости, затем перефокусируются на другом слое нейронов ниже или выше, записывая нейронный сигнал в 3D. Для опыта голову мыши обездвиживали, в то время как ее ноги свободно бегали по тренажеру.
Ученые таким образом записали активность одной восьмой кубических миллиметров коры мозга. Этот объем занимает большую часть колонки кортекса. Анализируя динамику активности нейронов внутри колонки кортекса, ученые надеются понять вычисления мозга в целом. Ведь отдел, который они изучают, отвечает за планирование движений.
Сейчас авторы работы планируют проанализировать активность всей колонки кортекса.
[Фото: Нейроны в трехмерном отделе мозга мыши светятся, когда сигналят друг другу / Laboratory of Neurotechnology and Biophysics at The Rockefeller University/Nature Methods]
