Учёные научились наблюдать электрическую активность всего мозга с миллисекундной точностью
Инженеры Массачусетского технологического института разработали метод микроскопии, позволяющий наблюдать электрическую активность нейронов по всему мозгу живого организма с разрешением в миллисекундном масштабе. Технологию испытали на личинках рыбок данио-рерио.
Исследователи модифицировали микроскоп со световым листом, увеличив скорость работы камеры и сканирования с помощью метода дистанционной перефокусировки. В результате система способна сканировать весь мозг рыбки до 200 раз в секунду, получая новое изображение каждые 5 миллисекунд.
Для регистрации электрических импульсов учёные использовали генетически кодируемый индикатор напряжения Positron2-Kv. Он меняет флуоресценцию при возникновении электрического сигнала в нейроне. При испытаниях пригодные для анализа сигналы удалось получить примерно от четверти нейронов, чего оказалось достаточно для наблюдения активности в разных отделах мозга.
Традиционная кальциевая визуализация работает значительно медленнее и не позволяет надёжно фиксировать отдельные электрические импульсы. Новый метод непосредственно регистрирует изменения напряжения и поэтому способен отслеживать быстрые процессы, происходящие в течение миллисекунд.
Во время экспериментов исследователи наблюдали активность мозга в состоянии покоя, включая отдельные электрические импульсы и быстрые серии сигналов. После воздействия ультрафиолетового света активность сначала возникала в зрительном тектуме, который обрабатывает зрительную информацию, а затем распространялась между его участками. Учёные также обнаружили последовательности активности в мозжечке и заднем мозге, не связанные непосредственно с внешним стимулом.
В дальнейшем команда планирует увеличить количество нейронов, доступных для одновременной регистрации, повысить скорость и разрешение системы и испытать технологию на других животных, включая мышей. Исследователи рассчитывают использовать её для изучения того, как взаимодействие больших сетей нейронов связано с поведением, принятием решений и различными состояниями мозга.
Исследование в журнале Nature Methods.