Российские и американские физики создали прибор на базе специализированного оптоволокна, который можно использовать для наблюдений за работой одиночных нейронов в мозге мышей и других животных. Результаты работы представлены в международном научном журнале Journal of Biophotonics.
«Мы продемонстрировали, что наша система позволяет наблюдать за работой мозга мышей, которые свободно передвигаются внутри клетки, адаптированной для изучения их когнитивных способностей. Это позволит биологам изучать взаимодействия между отдельными нервными клетками в ключевых областях мозга свободно движущихся подопытных грызунов», — пишут исследователи в своей работе.
На сегодняшний день существует несколько систем визуализации активности клеток мозга, позволяющих наблюдать за работой групп нейронов в живом организме. Как правило, для их работы требуются модификации генома животных, заставляющие их нервные клетки вырабатывать вспышки света в том случае, если они проявляют любые формы электрической активности.
Подобные технологии значительно обогатили арсенал нейрофизиологов, однако их использование осложнено тем, что для наблюдений за работой клеток мозга необходимы сложные оптические системы, позволяющие сфокусировать изображение, поступающее из мозга. Это накладывает серьезные ограничения на использование данных систем нейровизуализации во время экспериментов, позволяющих животным свободно двигаться.
Группа российских физиков из НИТУ «МИСиС», Университета Техаса, МГУ и Российского квантового центра под руководством Алексея Желтикова, профессора Техасского университета A&M в Колледж-Стейшен (США), разработала систему, позволяющую осуществлять подобные эксперименты. Ученые добились этого благодаря использованию специализированного оптоволокна и уникальной платформы-вольера на воздушной подушке.
Данное оптическое волокно, как объясняют ученые, устроено таким образом, что его преломляющая способность плавно меняется по мере движения от центра к краям светопроводящего материала. Эта особенность оптоволокна позволяет сфокусировать излучение, вырабатываемое отдельными нейронами в мозге мышей, без применения каких-либо других оптических компонентов.
Платформа на воздушной подушке позволяет мышам свободно двигаться в пространстве, несмотря на то, что в их череп встроен фрагмент оптоволокна с четко выверенной длиной, необходимой для точной фокусировки изображения. К этому световоду подключен микроскоп и специальный фиксационный модуль, удерживающий их над одной и той же точкой тела подопытного животного.
Работу этой системы физики проверили на нескольких мышах, чьи нервные клетки вырабатывали зеленое свечение в процессе своей работы. Эти опыты подтвердили, что новая система действительно может отслеживать активность нервных клеток в организме свободно двигающихся мышей и получать четкие снимки отдельных нейронов. Ученые надеются, что созданный ими аппаратный комплекс ускорит изучение работы клеток мозга животных в максимально естественных условиях.
