Миниатюрный микроскоп позволяет ученым наблюдать за клетками мозга во время естественного движения

Ученые из Университета Колорадо разработали миниатюрный микроскоп, который позволяет одновременно наблюдать за активностью отдельных клеток мозга и управлять ими, пока животное свободно двигается. Новая технология может помочь лучше понять, каким образом нейроны формируют поведение и что происходит с мозговыми цепями при различных неврологических заболеваниях.

Устройство под названием Opto2P-FCM весит всего около 5 граммов и крепится к голове животного. Оно использует двухфотонную микроскопию для получения изображений мозга с высоким разрешением, а также оптогенетику – метод, который позволяет активировать выбранные нейроны с помощью света.

Главное отличие новой системы от существующих миниатюрных микроскопов заключается в том, что она может не только фиксировать активность клеток, но и целенаправленно стимулировать отдельные нейроны в тот же момент. Для этого в устройстве используются два независимых оптических канала: один отвечает за получение изображения, а второй – за подачу световых импульсов на нужные клетки. Это позволяет одновременно наблюдать за происходящим в мозге и проверять, как изменение активности конкретных нейронов влияет на поведение.

До сих пор высокоточная двухфотонная микроскопия обычно требовала, чтобы животное оставалось неподвижным. Это серьезно ограничивало исследования, поскольку ученые не могли наблюдать работу мозга в условиях естественного поведения. Миниатюрные устройства частично решили эту проблему, но зачастую уступали большим системам по качеству изображения или не позволяли достаточно точно воздействовать на отдельные клетки. Создание нового микроскопа оказалось сложной инженерной задачей: все устройство пришлось разместить в корпусе весом всего 5 граммов, тщательно рассчитав положение и параметры каждого оптического элемента.

Исследователи считают, что технология может оказаться особенно полезной при изучении заболеваний, связанных с нарушением работы нейронных сетей, включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и эпилепсию. Возможность одновременно включать отдельные клетки и наблюдать за реакцией окружающих нейронов может помочь понять, как функционируют здоровые мозговые цепи и каким образом они нарушаются при заболеваниях.