Улавливание тонкостей активности мозга требует разрешения, масштаба и скорости – способности визуализировать миллионы нейронов с кристально чистым разрешением, когда они активно обращаются из отдаленных углов коры головного мозга с интервалом в доли секунды друг от друга.
«Нам нужно одновременно захватить множество нейронов в отдаленных частях мозга с высоким разрешением», – говорит Вазири. “Эти параметры практически исключают друг друга.”
Инновационное разрешение
Световая микроскопия с шариками предлагает творческое решение и раздвигает пределы скорости визуализации до максимально достижимых – ограничивается только физической природой самой флуоресценции. Это достигается за счет устранения «мертвого времени» между последовательными лазерными импульсами, когда нейроактивность не регистрируется, и в то же время необходимости сканирования.
Техника включает в себя разбиение одного сильного импульса на 30 более мелких субимпульсов – каждый с разной силой – которые погружаются в 30 разных глубин рассеянного мозга мыши, но вызывают одинаковое количество флуоресценции на каждой глубине. Это достигается с помощью полости зеркал, которая смещает срабатывание каждого импульса во времени и гарантирует, что все они могут достичь своей целевой глубины с помощью одной фокусирующей линзы микроскопа. При таком подходе единственным ограничением скорости записи образцов является время, в течение которого флуоресцентные метки вспыхивают. Это означает, что широкие участки головного мозга могут быть записаны за то же время, которое потребовалось бы с помощью обычного двухфотонного микроскопа, чтобы захватить лишь небольшую часть клеток мозга.
Затем Вазири и его коллеги проверили микроскопию световых шариков, интегрировав ее в платформу для микроскопии, которая обеспечивает оптический доступ к большому объему мозга, позволяя регистрировать активность более одного миллиона нейронов по всей коре головного мозга мыши для первый раз.
Поскольку метод Вазири является нововведением, основанным на двухфотонной микроскопии, многие лаборатории уже имеют или могут получить на коммерческой основе технологии, необходимые для выполнения микроскопии световых шариков, как описано в статье. Лаборатории, которые менее знакомы с этими методами, могут извлечь выгоду из упрощенного автономного модуля, который в настоящее время разрабатывает Вазири для более широкого использования. «Нет веской причины, по которой мы не сделали этого пять лет назад», – говорит он. “Это было бы возможно – микроскоп и лазерная техника существовали. Никто не думал об этом.”
В конечном итоге цель состоит в том, чтобы дополнить, а не заменить существующие методы. «Есть нейробиологические вопросы, для которых достаточно стандартного двухфотонного микроскопа», – говорит Вазири. “Но микроскопия световых шариков позволяет нам решать вопросы, которые существующие методы не могут.”