Eine implantierbare Miniatur-Mikroskop können die Forscher verfolgen die Gehirn-Aktivität von Mäusen in Echtzeit, wie die Tiere Futter suchen oder navigieren Sie zu einem Labyrinth. Es ist wie eine kleine GoPro für die Nager Gehirn.
Nannte die nVista system, es ist die Idee von Markus Schnitzer, professor für Biologie und angewandte Physik an der Stanford University, der als Mitbegründer eines start-up-Unternehmen namens Inscopix auf den Markt das Gerät. Derzeit gibt es über 200 solcher Systeme in mehr als 100 Labors rund um die Welt, und diese Zahl wächst immer noch.
Es gibt mehrere brain imaging-Technologien gibt es für die Aufnahme der Aktivität des Gehirns, in der Regel durch einsetzen von Elektroden direkt in das Gehirn und die Aufnahme Gruppen von Neuronen. Aber das Gehirn von Säugetieren hat 100 Milliarden Neuronen, und solche Techniken erlauben nur imaging zwischen 20 und 50 Zellen. Schnitzer vergleicht es zu gehen, um einen Film und versuchen, herauszufinden, die gesamte Grundstück suchen Sie in nur ein paar Pixel. “Wir sind wahrscheinlich fehlt enorme Stücke des Puzzles”, sagte er Gizmodo. “Wir sind nicht immer ein Gefühl des kollektiven Handelns—wie ich das nenne, die Orchester-Aktion.”
Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) und PET-scans andere Werkzeuge, die Häufig verwendet, um einen Eindruck zu bekommen, was im Gehirn in Echtzeit, aber dies wird durch indirekte Maßnahmen. Insbesondere erhöht die Sauerstoffkonzentration im Blut verwendet werden, um Rückschlüsse auf die Gehirn-Regionen zeigen eine erhöhte Aktivität. “Stell dir vor, Sie versuchen zu entziffern, was Ihre computer-Hauptplatine ist zu tun, indem die Daten aus einer Wärmebildkamera”, sagt Schnitzer. “Sie werden vielleicht bemerken, dass das motherboard ist von sich zu geben mehr Wärme, aber es ist nicht unbedingt gehen, um Sie näher zu entziffern, was die transistoren sind, oder, wie die Informationen fließen.”
Das ist, wo die nVsita system kommt. Es ist eine Miniatur-Mikroskop, nur einen Zoll lang, die Montage direkt auf den Kopf eines Erwachsenen Maus, zusammen mit einer Handy-Kamera (ein mini-CMOS-Bild-sensor) und einer Lichtquelle. Es ist mittlerweile gängige Praxis, genetisch so zu verändern, eine bestimmte Art von neuron in Mäusen zu Leuchten (fluoreszieren) in Reaktion auf erhöhte Aktivität des Gehirns. Dass die Fluoreszenz heller, je aktiver diese Neuronen sind, und dieses Licht wird abgeholt von der mini-Mikroskop und von der Kamera aufgenommen.
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Die nVista ist leicht genug (etwa das Gewicht von vier Watte) , kann das Tier gehen über Ihr Geschäft ganz natürlich, trotzdem erlauben Forschern zur überwachung der Aktivität des Gehirns in Echtzeit. Sie können verfolgen, bis zu 1000 einzelnen Neuronen gleichzeitig.
“So sind wir Anfang bekommt man einen Blick auf die kollektiven Orchester-Aktion, was für eine große Versammlung von Zellen werden dabei im Rahmen der natürlichen Verhalten”, sagt Schnitzer. “Es gibt Formen der neuronalen Aktivität, die man einfach nicht sehen, wenn das Tier nicht zu Verhaltensweisen, die spezifische Art und Weise. Zum Beispiel, wenn Sie interessiert sind, in das Studium der motor schaltkreise des Gehirns, der motor schaltungen zeigen verschiedene Formen von Aktivität, wenn das Tier tatsächlich zu bewegen, als wenn es sich nicht bewegt.”
Ein Forscher, der gefunden hat, das system nützlich ist Garrret Stuber, Neurowissenschaftler an der University of North Carolina, Chapel Hill. Im letzten Jahr, er und einige Kollegen veröffentlichte ein Papier in der Zeitschrift Cell Berichterstattung, wie Sie abgebildet die Aktivität Muster der einzelnen Gehirn-Zellen in Mäusen, wie die Tiere nahrungssucher. Diese lassen link bestimmte Verhaltensweisen zu bestimmten Neuronen.
Speziell, Sie fanden, dass, während ein neuron aktiviert wurde, wenn die Maus gesucht für Lebensmittel, eine zweite, fast identisch neuron direkt daneben wurde erst aktiv, wenn die Maus begann zu Essen. Das bedeutet, dass targeting-Cluster von Gehirnzellen sagen, mit Medikamenten zur Bekämpfung von Adipositas—vielleicht nicht ein wirksamer Ansatz. “Sie würde nicht wollen, um Einfluss auf Zellen, die in Appetit, weil Sie möglicherweise Auswirkungen auf Zellen, die in anderen Aspekten des motivierten Verhaltens” Stuber damals sagte. “Aber wenn wir das Ziel könnte nur die Zellen, die in Verbrauch, dann könnten wir vielleicht modulieren nur die Zellen, ohne die motivation.”
Dieses experiment wäre nicht möglich gewesen ohne die nVista Mikroskop, nach Stuber. “Es ermöglicht uns wirklich erfassen die Aktivität Dynamik dieser wirklich großen Maßstab Populationen von Neuronen im wach-und Verhaltensweisen der Tiere,” sagte er. “Herkömmlichen bildgebenden Verfahren würde nicht zulassen, dass uns die Aufzeichnung diese Art von Aktivität, die tief in die Gehirne der frei beweglichen Mäuse.”
Andere Arbeitsgruppen sind mit dem system zur Untersuchung der neuronalen Aktivität in Bezug auf Angst, Belohnung -, Lern-und Drogensucht in Maus-Gehirn, sowie die Identifizierung separate schaltkreise im Gehirn, die für die Bearbeitung des “Wann” und” wo Aspekte der Erinnerung.
Inscopix weiter zu verfeinern, die nVista system, basierend auf dem feedback von den Forschern mit, so Schnitzer. In der Zwischenzeit, “dass Leute erkunden und sehen, welche Arten von Experimenten, die Sie tun können, hat wirklich eröffnet die Reihe von Anwendungen”, sagte er. “Das ist unglaublich ermutigend.”
Bilder mit freundlicher Genehmigung von Mark Schnitzer/Stanford und Inscopix.