Los investigadores han desarrollado un endoscopio tan delgado como un cabello humano que puede representar la actividad de las neuronas en los cerebros de los ratones vivos. Debido a que es tan delgado, el endoscopio puede penetrar profundamente en el cerebro, lo que les da a los investigadores acceso a áreas que no pueden servisto con microscopios u otros tipos de endoscopios.
"Además de ser utilizado en estudios con animales para ayudarnos a comprender cómo funciona el cerebro, este nuevo endoscopio podría algún día ser útil para ciertas aplicaciones en las personas", dijo Shay Ohayon, quien desarrolló el dispositivo como investigador postdoctoral en James DiCarlo'slaboratorio del Instituto de Tecnología de Massachusetts: "Podría ofrecer un instrumento más pequeño y, por lo tanto, más cómodo, para obtener imágenes dentro de la cavidad nasal, por ejemplo".
El nuevo endoscopio se basa en una fibra óptica de solo 125 micras de grosor. Debido a que el dispositivo es de cinco a diez veces más delgado que los microendoscopios más pequeños disponibles en el mercado, puede introducirse más profundamente en el tejido cerebral sin causar daños significativos.
En la revista The Optical Society OSA Biomedical Optics Express , los investigadores informan que el endoscopio puede capturar imágenes en resolución a escala micrónica de las neuronas disparando. Esta es la primera vez que las imágenes con un endoscopio tan delgado se han demostrado en un animal vivo.
"Con un mayor desarrollo, el nuevo microendoscopio podría usarse para obtener imágenes de la actividad de las neuronas en partes previamente inaccesibles del cerebro, como la corteza visual de los modelos animales de primates", dijo Ohayon. "También podría usarse para estudiar cómo las neuronas de diferentesregiones del cerebro se comunican entre sí "
Adquisición de imágenes de una fibra
El nuevo microendoscopio se basa en una fibra óptica multimodo, que puede transportar diferentes haces de luz al mismo tiempo. Cuando la luz ingresa a la fibra, se puede manipular para generar un pequeño punto en el otro extremo y se puede movera diferentes posiciones en el tejido sin mover la fibra. El escaneo del pequeño punto a través de la muestra le permite excitar las moléculas fluorescentes utilizadas para marcar la actividad neuronal. A medida que la fluorescencia de cada punto viaja de regreso a través de la fibra, se forma una imagen de la actividad neuronal.
"Para lograr un escaneo lo suficientemente rápido como para disparar las neuronas, utilizamos un componente óptico conocido como dispositivo de espejo digital DMD para mover rápidamente el punto de luz", dijo Ohayon. "Desarrollamos una técnica que nos permitió usar el DMDpara escanear la luz a velocidades de hasta 20 kilohercios, que es lo suficientemente rápido como para ver la fluorescencia de las neuronas activas ".
Debido a que las fibras multimodo utilizadas para la luz de codificación del endoscopio, los investigadores aplicaron un método llamado modelado del frente de onda para convertir la luz codificada en imágenes. Para el modelado del frente de onda, enviaron varios patrones de luz a través de la fibra a una cámara en el otro extremo yregistró exactamente cómo esa fibra específica cambió la luz que pasaba. Luego se retiró la cámara y se colocó la fibra en el cerebro para obtener imágenes. La información obtenida previamente sobre cómo la fibra cambia la luz se usa para generar y escanear un pequeño punto a travésel campo de visión
Imagen de neuronas vivas
Después de obtener imágenes exitosas de las células cultivadas, los investigadores probaron su microendoscopio en ratones anestesiados. Insertaron la fibra a través de un pequeño orificio en el cráneo de un ratón y la bajaron lentamente al cerebro. Para obtener imágenes de las neuronas disparando, los investigadores utilizaron una técnicallamado imagen de calcio que crea fluorescencia en respuesta a la entrada de calcio que ocurre cuando se activa una neurona.
"Una de las ventajas de usar un endoscopio tan delgado es que a medida que lo bajas al cerebro, puedes ver todos los vasos sanguíneos y navegar por la fibra para evitar golpearlos", dijo Ohayon.
Además de mostrar que su endoscopio podía captar actividad neuronal detallada, los investigadores también demostraron que se podían usar múltiples colores de luz para obtener imágenes. Esta capacidad se podría usar para observar interacciones entre dos grupos de neuronas, cada una etiquetada con un color diferente, paraejemplo.
Para las imágenes estándar, el endoscopio toma imágenes de las neuronas en la punta de la fibra. Sin embargo, los investigadores también mostraron que el microendoscopio podía obtener imágenes de hasta aproximadamente 100 micras de la punta ". Esto es muy útil porque cuando la fibra estáinsertado en el cerebro, puede afectar la función de las neuronas muy cercanas a la fibra ", explicó Ohayon." La obtención de imágenes de un área ligeramente alejada de la fibra facilita la captura de neuronas sanas ".
Tratar con curvas en la fibra
Una limitación del microendoscopio es que cualquier curvatura en la fibra hace que pierda la capacidad de producir imágenes. Aunque esto no afectó los experimentos descritos en el documento porque la fibra se mantuvo recta cuando se introdujo en el cerebro,resolver el problema de flexión podría expandir enormemente las aplicaciones para el dispositivo. Varios grupos de investigación están trabajando en nuevos tipos de fibras que son menos susceptibles a la flexión y métodos computacionales que podrían compensar la flexión en tiempo real.
"Si se puede resolver este problema de flexión, es probable que cambie la forma en que se realiza la endoscopia en las personas al permitir el uso de sondas mucho más delgadas", dijo Ohayon. "Esto permitiría obtener imágenes más cómodas que los endoscopios grandes de hoy en día y puede permitir la obtención de imágenesen partes del cuerpo que actualmente no son factibles "
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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