Брзи микроскоп може пружити увид у аутизам, шизофренију

Сматра се да су одређени мождани поремећаји, попут шизофреније, аутизма и менталне ретардације, узроковани неисправношћу комуникације можданих ћелија и немају физичке знакове који се лако могу открити, а који доводе до дијагнозе. У ствари, чак и фМРИ и ПЕТ скенирање могу да понуде само ограничене детаље мождане активности у овим случајевима.

Сада су се неурознанственици са Калифорнијског универзитета у Лос Анђелесу (УЦЛА) удружили са физичарима да би развили неинвазивни микроскоп изузетно велике брзине који тренутно снима испаљивање хиљада неурона у мозгу док комуницирају - или у овим случајевима - погрешно комуницирају једни с другима.

„По нашем мишљењу, ово је најбржи двофотонски ексцитациони микроскоп на свету за тродимензионално снимање ин виво“, рекао је професор физике УЦЛА др. Катсусхи Арисака, који је са др Царлосом Портера-Цаиллиауом, доцентом УЦЛА, развио систем оптичког снимања. неурологије и неуробиологије и колеге.

С обзиром да неуропсихијатријске болести попут аутизма, шизофреније и менталне ретардације обично не показују физичко оштећење мозга, верује се да их узрокују проблеми са проводљивошћу - неурони не пуцају како треба. Нормалне ћелије имају обрасце електричне активности, рекла је Портера-Цаиллиау, али нередовна ћелијска активност у целини не ствара корисне информације које мозак може да користи.

„Један од највећих изазова за неуронауку у 21. веку је разумевање како милијарде неурона који формирају мозак међусобно комуницирају како би произвели сложена понашања“, рекао је он.

„Крајња корист од ове врсте истраживања доћи ће од дешифровања како дисфункционални обрасци активности међу неуронима доводе до разарајућих симптома код различитих неуропсихијатријских поремећаја.“

Недавно је Портера-Цаиллиау користила снимање калцијума, методу у којој неурони узимају флуоресцентне боје. Кад ћелије пуцају, „трепћу попут лампица на јелци“, рекао је. „Наша улога је сада да дешифрујемо код који користе неурони и који је сахрањен у оним трепћућим светлосним обрасцима.“

Међутим, каже Портера-Цаиллиау, та техника има своја ограничења.

„Сигнал флуоресцентне боје на бази калцијума који смо користили бледео је док смо сликали дубље у кортекс. Нисмо могли да замислимо све ћелије “, рекао је.

Такође, Портера-Цаиллиау и његов тим веровали су да им недостају важне информације јер нису могли довољно брзо да ухвате довољно велики део мозга да измеру групно отпуштање појединих неурона. То је био кључни фактор који је натерао Арисаку и Адриана Цхенг-а, једног од његових постдипломаца, да траже бржи метод снимања неурона.

Микроскоп који су развили је мултифокална двофотонска микроскопија са просторно-временским побуђивачко-емисионим мултиплексирањем (СТЕМ). То је модификована верзија двофотонских микроскопа за ласерско скенирање који бележе флуоресцентне калцијумове боје унутар неурона, али са главним ласерским снопом подељеним на четири мања зрака.

Ова техника им омогућава снимање четири пута више можданих ћелија од оригиналне верзије, четири пута брже. Такође, за снимање неурона на различитим дубинама у мозгу коришћен је другачији зрак, дајући слици потпуно нов 3Д ефекат.

„Већина видео камера је дизајнирана за снимање слике брзином од 30 слика у секунди. Оно што смо урадили је да смо то убрзали 10 пута на отприлике 250 слика у секунди “, рекао је Арисака. „И радимо на томе да то учинимо још бржим.“

Резултат је, рекао је, „тродимензионални видео активности неуронских кола у живој животињи високе резолуције“.

Портера-Цаиллиау већ убире благодати ове технике снимања у својим студијама синдрома Фрагиле Кс, облика аутизма. Користећи ову нову технологију, он је у стању да упореди кортекс нормалног миша са фрагилним Кс мишим мутантом и сведочи о погрешном паљењу неурона у мозгу Фрагиле Кс.

Студија се може наћи у издању часописа од 9. јануара Натуре Метходс.

Извор: Калифорнијски универзитет