Mini Mikroskop, Karmaşık Beyin İşlevlerine İlişkin Bilgi Sağlıyor

Minnesota Üniversitesi Twin Cities College of Science and Engineering and Medical School’dan araştırmacılar, 300 günden fazla bir süre boyunca gerçek zamanlı olarak serbestçe hareket eden farelerin karmaşık beyin işlevlerini görüntülemelerine olanak tanıyan benzersiz bir başa takılan mini mikroskop cihazı geliştirdiler.

Araştırmacılar, aydınlatma için LED’ler, odaklanma için minyatür lensler ve görüntüleri yakalamak için tamamlayıcı bir metal oksit yarı iletken (CMOS) kullanarak fare beynini incelemek için minyatürleştirilmiş, başa takılan mikroskobu yarattılar. Araştırmacıların önceki çalışmalarda geliştirdikleri, See-Shells olarak bilinen yapısal olarak gerçekçi 3D baskılı şeffaf polimer kafataslarına kolayca yapıştırılmasına izin veren birbirine kenetlenen mıknatıslar içerir. Kredi: Rynes ve Surinach, ve diğerleri, Kodandaramaiah Lab, Minnesota Üniversitesi

Mini-MScope olarak bilinen cihaz, beynin dış kısmının korteks adı verilen birçok bölgesinden gelen sinirsel aktivitenin davranış, biliş ve algıya nasıl katkıda bulunduğunu incelemek için önemli bir yeni araç sunuyor. Çığır açan çalışma, beyin sarsıntısı, otizm, Alzheimer ve Parkinson hastalığı gibi insan beyni koşullarını iyileştirebilecek ve ayrıca beynin bağımlılıktaki rolünü daha iyi anlayabilecek temel araştırmalara yeni bir bakış açısı sağlıyor.

Araştırma bugün Nature Methods dergisinde yayınlandı. Çalışma yazarları ayrıca araştırmalarını, 15 Nisan Perşembe günü sanal 2021 OSA Biyofotonik Kongresi: Yaşam Bilimlerinde Optik’te sunacaklar.

Geçmişte bilim adamları, beynin korteksinin belirli bölgelerindeki sinirsel aktivitenin davranışa nasıl katkıda bulunduğunu araştırdılar, ancak aynı anda birden fazla kortikal bölgeden aktiviteyi incelemek zordu. Fareler için, bir uyarana yanıt olarak tek bir bıyığı hareket ettirme basit görevi bile birkaç kortikal alanda bilgi işlemeyi içerir. İnsanlarla aynı beyin yapılarına ve bağlantılara sahip oldukları için fareler genellikle beyni incelemek için kullanılır.

Çalışmanın ve üniversitenin kıdemli yazarı Suhasa Kodandaramaiah, “Bu cihaz, özgür ve kısıtlanmamış davranışlar sırasında farenin beyninin çoğunu görüntülememizi sağlarken, önceki mezoskale görüntüleme genellikle MRI veya iki foton mikroskobu gibi cihazlar kullanılarak hareketsiz farelerde yapıldı” dedi. Minnesota Benjamin Mayhugh, Fen Bilimleri ve Mühendislik Koleji’nde Makine Mühendisliği Yardımcı Doçenti. “Bu yeni cihaz, beynin birden fazla alanının aynı anda birlikte çalıştığı karmaşık davranışlar sırasında beynin farklı alanlarının nasıl etkileşime girdiğini anlamamızı sağlıyor. Bu, hastalıklı durumlarda, travmatik beyin hasarında veya bağımlılıkta bağlantının nasıl değiştiğini anlamaya yönelik araştırmaları başlatıyor.”


Yeni mini-MScope, yaklaşık 10 milimetreye 12 milimetre bir alanı görüntüleyebilen ve yaklaşık 3 gram ağırlığındaki bir floresan mikroskobudur. Bu, fare beyin yüzeyinin çoğunun bütünsel görüntülenmesine olanak tanır. Cihaz, beynin elektriksel aktivitesini izlemek için yaygın olarak kullanılan bir teknik olan kalsiyum görüntüleme için kullanılır. Farenin kafasına monte edilen cihaz, görüntüleri hücresel düzeyde yakalar ve korteks boyunca bölgeler arasındaki bağlantıları incelemeyi mümkün kılar.

Araştırmacılar, aydınlatma için LED’ler, odaklanma için minyatür lensler ve görüntüleri yakalamak için tamamlayıcı bir metal oksit yarı iletken (CMOS) kullanarak minyatür mikroskobu yarattılar. Araştırmacıların önceki çalışmalarda geliştirdikleri, See-Shells olarak bilinen yapısal olarak gerçekçi 3 boyutlu baskılı şeffaf polimer kafataslarına kolayca yapıştırılmasına izin veren birbirine kenetlenen mıknatıslar içerir. Farelere implante edildiğinde See-Shells, içinden uzun süreli mikroskopinin yapılabileceği bir pencere oluşturur. Yeni mikroskop, neredeyse bir yıl boyunca farelerin beyin aktivitesini yakalayabilir.

Araştırmacılar, mini-MScope’u, göze yönelik görsel bir uyarana, arka uzuv için titreşimli bir uyarana ve bıyığa sunulan somatosensoriyel bir uyarana yanıt olarak fare beyin aktivitesini görüntülemek için kullanarak gösterdiler. Ayrıca, başa takılan mikroskobu takan bir fare başka bir fare ile etkileşime girdiğinde beynin işlevsel bağlantı haritalarını oluşturdular. Fare diğer fareyle sosyal davranışlar sergilediğinde intrakortikal bağlantının arttığını gördüler.

Minnesota Üniversitesi biyomedikal mühendisliği Ph.D. Mathew Rynes, “Ekibimiz, korteksin büyük bölümlerine yüksek uzaysal ve zamansal çözünürlükte erişmemizi ve bunlarla arayüz oluşturmamızı sağlayacak bir araçlar paketi oluşturuyor” dedi. çalışmayı yöneten aday. Rynes, “Bu çalışma, mini-MScope’un özgürce davranan farelerde işlevsel bağlanabilirliği incelemek için kullanılabileceğini ve bu araç setine önemli bir katkı sağladığını gösteriyor,” diye ekledi.

Ekip, cihazı oluşturmak için çeşitli mühendislik zorluklarının üstesinden gelmek zorunda kaldı.

Minnesota Üniversitesi makine mühendisliği yüksek lisans mezunu Daniel Surinach, “Beyni özgürce davranan farelerde görüntülemek için, cihazın fareler tarafından desteklenecek ve taşınabilecek kadar hafif olması gerekiyordu” dedi. . “Bu küçük aralık dahilinde, görüntüleme için beyne ışık sağlamak için optik, elektriksel ve görüntüleme donanımı çözünürlüğünü, odaklamayı, aydınlatma tasarımlarını ve doğal ve güçlü davranışlar sırasında fare beyninin net görüntülerini elde etmek için diğer unsurları optimize etmemiz gerekiyordu. sonuçlandırılmış cihazı çalıştırmak için 175’ten fazla benzersiz prototip tasarlayıp test etti! “

Araştırmacılar şimdi mini-MScope’u yeni bir alanı keşfetmek gibi çeşitli davranışsal paradigmalarda kortikal bağlantının nasıl değiştiğini araştırmak için kullanıyorlar. Ayrıca, fareler zor motor görevleri öğrendiğinde kortikal aktivitenin nasıl değiştiğini incelemek için mini-MScope kullanan ortak çalışanlarla birlikte çalışıyorlar.

Minnesota Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği Bölümü ve Tıp Fakültesi’nde randevuları bulunan Kodandaramaiah, “Bu cihaz beyni daha önce hiç yapamayacağımız şekilde incelememize izin veriyor,” dedi. “Örneğin, farenin beyin aktivitesini kendi alanındaki doğal hareket sırasında alçalırken ve akarken, uykuya daldığında ve uyandığında görüntüleyebiliriz. Bu, beyni daha iyi anlamamıza yardımcı olacak birçok değerli bilgi sağlar. hastalığı veya sakatlığı olan kişilerin hayatlarını iyileştirmelerine yardımcı olmak. “

Araştırmacılar, sonraki adımların görüntülemenin çözünürlüğünü iyileştirmek ve beyni tek tek nöronları incelemeye kadar daha ince ayrıntılarla incelemek olduğunu söyledi.

Yorum Yaz

%d blogcu bunu beğendi: