Brzi mikroskop može pružiti uvid u autizam, šizofreniju
Sada su se neuroznanstvenici sa Kalifornijskog sveučilišta u Los Angelesu (UCLA) udružili s fizičarima kako bi razvili neinvazivni mikroskop izuzetno velike brzine koji trenutno bilježi ispaljivanje tisuća neurona u mozgu dok komuniciraju - ili u ovim slučajevima - pogrešno komuniciraju jedni s drugima.
"Prema našem mišljenju, ovo je najbrži dvofotonski pobudni mikroskop na svijetu za trodimenzionalno snimanje in vivo", rekao je profesor fizike UCLA-e dr. Katsushi Arisaka, koji je s dr. Carlosom Portera-Cailliauom, docentom UCLA-e, razvio optički slikovni sustav neurologije i neurobiologije i kolege.
Budući da neuropsihijatrijske bolesti poput autizma, shizofrenije i mentalne retardacije obično ne pokazuju fizičko oštećenje mozga, vjeruje se da ih uzrokuju problemi s vodljivošću - neuroni ne pucaju kako treba. Normalne stanice imaju obrasce električne aktivnosti, rekla je Portera-Cailliau, ali neredovita aktivnost stanica u cjelini ne stvara korisne informacije koje mozak može koristiti.
"Jedan od najvećih izazova za neuroznanost u 21. stoljeću je razumjeti kako milijarde neurona koji tvore mozak međusobno komuniciraju kako bi proizveli složena ponašanja", rekao je.
"Krajnja korist od ove vrste istraživanja donijet će dešifriranje kako disfunkcionalni obrasci aktivnosti među neuronima dovode do razornih simptoma kod različitih neuropsihijatrijskih poremećaja."
Nedavno je Portera-Cailliau koristila snimanje kalcija, metodu u kojoj neuroni uzimaju fluorescentne boje. Kad stanice pucaju, "trepću poput lampica na božićnom drvcu", rekao je. "Naša je uloga sada dešifrirati kôd koji koriste neuroni, a koji je zakopan u one trepćuće svjetlosne obrasce."
Međutim, kaže Portera-Cailliau, ta tehnika ima svoja ograničenja.
“Signal fluorescentne boje na bazi kalcija koji smo koristili izblijedio je dok smo slikali dublje u korteks. Nismo mogli slikati sve stanice - rekao je.
Također, Portera-Cailliau i njegov tim vjerovali su da im nedostaju važne informacije jer nisu mogli uhvatiti dovoljno velik dio mozga dovoljno brzo da bi izmjerili grupno otpuštanje pojedinih neurona. To je bio ključni faktor koji je Arisaku i Adriana Chenga, jednog od njegovih diplomiranih studenata, natjerao na bržu metodu bilježenja neurona.
Mikroskop koji su razvili je multifokalna dvofotonska mikroskopija s prostorno-vremenskim pobuđivačko-emisijskim multipleksiranjem (STEM). Radi se o modificiranoj verziji dvofotonskih mikroskopa za lasersko skeniranje koji bilježe fluorescentne kalcijeve boje unutar neurona, ali s glavnom laserskom zrakom podijeljenom u četiri manje zrake.
Ova tehnika omogućuje im snimanje četiri puta više moždanih stanica od izvorne verzije, četiri puta brže. Također, za snimanje neurona na različitim dubinama unutar mozga korišten je drugačiji snop, dajući slici potpuno novi 3D efekt.
“Većina video kamera dizajnirana je za snimanje slike brzinom od 30 slika u sekundi. Ono što smo napravili je da smo to ubrzali 10 puta na otprilike 250 slika u sekundi ”, rekao je Arisaka. "I radimo na tome da to učinimo još bržim."
Rezultat je, rekao je, "trodimenzionalni video aktivnosti neuronskog kruga u živoj životinji visoke razlučivosti."
Portera-Cailliau već ubire blagodati ove tehnike snimanja u svojim studijama Fragile X sindroma, oblika autizma. Koristeći ovu novu tehnologiju, on je u mogućnosti usporediti korteks normalnog miša s Fragile X mutiranim mišem i svjedočiti pogrešnom paljenju neurona u Fragile X mozgu.
Studiju možete pronaći u izdanju časopisa od 9. siječnja Metode prirode.
Izvor: Kalifornijsko sveučilište
