Un impiantabile miniaturizzato microscopio consente di ricercatori traccia l’attività del cervello di topi in tempo reale, come gli animali foraggio per il cibo o navigare in un labirinto. È come una piccola GoPro per il cervello di roditori.
Soprannominato il nVista sistema, da un’idea di Marco Schnitzer, un professore di biologia e fisica applicata presso l’Università di Stanford, che ha co-fondato una start-up chiamata Inscopix sul mercato il dispositivo. Attualmente ci sono più di 200 tali sistemi siano utilizzati in più di 100 laboratori in tutto il mondo, e che il numero è ancora in crescita.
Ci sono diverse tecnologie di imaging del cervello per la registrazione dell’attività cerebrale, di solito con l’inserimento di elettrodi direttamente nel cervello e la registrazione di gruppi di neuroni. Ma il cervello dei mammiferi ha 100 miliardi di neuroni, e tali tecniche consentono solo di imaging, tra i 20 e i 50 cellule. Schnitzer la paragona a un film e cercando di capire la trama generale, cercando di pochi pixel. “Siamo probabilmente manca enormi pezzi del puzzle”, ha detto a Gizmodo. “Noi non stiamo avendo un senso dell’azione collettiva—quello che mi piace chiamare la direzione di azione”.
La risonanza magnetica funzionale (fMRI) e le scansioni PET sono altri strumenti comunemente utilizzati per ottenere un senso di ciò che accade nel cervello in tempo reale, ma questi impiegare misure indirette. In particolare, aumenta i livelli di ossigeno nel sangue vengono utilizzati per dedurre le regioni del cervello che mostra una maggiore attività. “Immaginate che si sta tentando di decifrare ciò che la vostra scheda madre del computer sta facendo utilizzando i dati provenienti da una telecamera termica”, ha detto Schnitzer. “Si potrebbe notare che la scheda madre emanano più calore, ma non è necessariamente andando ottenere molto più vicino a decifrare ciò che il transistor sta facendo, o come le informazioni che scorre.”
Che è dove la nVsita sistema. È un mini microscopio, solo un pollice di lunghezza, che è montato direttamente sulla testa di un topo adulto, insieme con una fotocamera del cellulare (un mini sensore di immagine CMOS) e una fonte di luce. Ora è pratica comune per modificare geneticamente un particolare tipo di neuroni nei topi di luce (fluorescenza) in risposta ad un aumento dell’attività cerebrale. Che la fluorescenza diventa più luminoso il più quei neuroni sono attivi, e questa luce viene raccolta dal mini-microscopio e registrato con la fotocamera.
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Il nVista è abbastanza leggero (circa il peso di quattro batuffoli di cotone) che l’animale può andare circa la propria attività in modo del tutto naturale, pur consentendo ai ricercatori di monitorare l’attività cerebrale in tempo reale. È possibile tenere traccia fino a 1000 singoli neuroni contemporaneamente.
“Così stiamo iniziando a ottenere un look alla collettiva per orchestra d’azione, quello che una grande assemblea di cellule sta facendo, nel contesto di un comportamento naturale,” ha detto Schnitzer. “Ci sono forme di attività neurale che semplicemente non sarà possibile vedere se l’animale non è di comportarsi in quel determinato modo. Per esempio, se siete interessati a studiare il motore circuiti del cervello, il motore circuiti di mostrare le diverse forme di attività quando l’animale è in realtà in movimento che quando non è in movimento.”
Un ricercatore che ha trovato il sistema di utile è Garrret Stuber, un neuroscienziato presso l’Università del North Carolina, Chapel Hill. L’anno scorso, lui e molti colleghi hanno pubblicato un articolo sulla rivista Cell reporting come avevano ripreso i modelli di attività delle singole cellule cerebrali nei topi come animali raccoglievano per il cibo. Questo è il link di particolari comportamenti specifici neuroni.
In particolare, hanno trovato che, mentre un neurone è stato attivato quando il mouse cercato di cibo, un secondo, quasi identici neurone accanto ad essa è diventata attiva quando il mouse cominciò a mangiare. Il che significa che il targeting ammassi di cellule cerebrali—dire, con i farmaci per combattere l’obesità—potrebbe non essere un approccio efficace. “Non si vuole influenzare le cellule coinvolte nell’appetito, perché potrebbe influenzare le cellule coinvolte in altri aspetti del comportamento motivato,” Stuber ha detto al momento. “Ma se si potesse colpire solo le cellule coinvolte nel consumo, allora forse si potrebbe modulare solo le celle senza influenzare la motivazione.”
Questo esperimento non sarebbe stato possibile senza il nVista microscopio, secondo Stuber. “Ci consente di cogliere la dinamica attività di questi è davvero grande scala di popolazioni di neuroni svegli e si comportano gli animali,” ha detto. “Tradizionali tecniche di imaging non ci consentono di registrare questo tipo di attività in profondità all’interno del cervello dei topi muoversi liberamente.”
Altri gruppi di ricerca stanno utilizzando il sistema di studio attività neuronale quanto riguarda la paura, la ricompensa, l’apprendimento e la tossicodipendenza nel cervello del mouse, nonché l’identificazione di separare i circuiti per l’elaborazione del “quando” e dove” aspetti della memoria.
Inscopix continuerà ad affinare la nVista sistema, basato sul feedback dai ricercatori utilizzando, secondo Schnitzer. Nel frattempo, “permettere alle persone di esplorare e vedere che tipo di esperimenti da fare, ha aperto la serie di applicazioni,” ha detto. “E ‘ stato incredibilmente incoraggiante.”
Immagini per gentile concessione di Marco Schnitzer/Stanford e Inscopix.