Para comprender el cerebro, los científicos deben poder ver el cerebro, célula por célula, y momento a momento. Sin embargo, debido a que los cerebros comprenden miles de millones de partes móviles microscópicas, registrar fielmente su actividad conlleva muchos desafíos.cerebros de mamíferos, por ejemplo, es difícil rastrear cambios celulares rápidos a través de múltiples estructuras cerebrales, particularmente cuando esas estructuras se encuentran en lo profundo del cerebro.
Una nueva técnica de microscopía, desarrollada por científicos de Rockefeller, integra enfoques nuevos y existentes para ayudar a construir una imagen más coherente del cerebro. Descrito en Celda , la tecnología captura la actividad celular a través de grandes volúmenes de tejido neural, con una velocidad impresionante y a nuevas profundidades.
enfocado al láser
Durante décadas, las imágenes cerebrales han estado plagadas de compensaciones. Algunas técnicas producen imágenes hermosas pero no registran la actividad neuronal en tiempo real. Otras pueden mantener la velocidad del cerebro pero tienen una resolución espacial deficiente. Y aunque hay tácticas quecombinan con éxito rapidez y calidad de imagen, por lo general capturan solo un pequeño número de celdas.
"Esto se debe en parte a que los límites que rigen estas compensaciones no se han explorado ni impulsado de manera sistemática e integrada", dice Alipasha Vaziri, directora del Laboratorio de Neurotecnología y Biofísica.
Con la esperanza de poner fin a la era de las compensaciones, Vaziri se esforzó recientemente por mejorar una técnica conocida como microscopía de dos fotones 2p. Implica la aplicación de un láser que hace que los fragmentos de tejido cerebral se fluoreszcan o se iluminen;y para muchos investigadores, 2p ha sido durante mucho tiempo el estándar de oro para investigar la actividad celular en el cerebro.
Sin embargo, esta técnica tiene limitaciones. La microscopía 2p estándar requiere el escaneo punto por punto de una región determinada, lo que resulta en imágenes lentas. Para resolver este problema, Vaziri y sus colegas implementaron una estrategia novedosa que permite grabar desde múltiples regiones cerebralesen paralelo, mientras controla cuidadosamente el tamaño y la forma de cada punto registrado.
Otra debilidad de la 2p tradicional es que mide solo la superficie, o corteza, del cerebro, descuidando las estructuras enterradas profundamente dentro del órgano, como el hipocampo, que está involucrado en el almacenamiento de recuerdos.
"Uno de los mayores desafíos en neurociencia es desarrollar técnicas de imagen que midan la actividad de las regiones cerebrales profundas mientras mantienen una alta resolución", dice Vaziri.
Tomando este desafío, decidió hacer uso de una tecnología más nueva: tres -photon 3p microscopy. Mientras que 2P no llega más allá de la superficie, o la corteza, del cerebro de un ratón, 3p penetra en regiones más profundas. Llamada microscopía de luz esculpida multiplexada híbrida, o HyMS, la última innovación de Vaziri aplica 2P y 3P simultáneamente, lo que permite a los investigadores generar una imagen de la actividad celular rápida a través de múltiples capas de tejido cerebral.
inmersión profunda
Además de su estrategia láser híbrida, HyMS también integra otros avances técnicos y conceptuales recientes en el campo, un enfoque sinérgico que, según Vaziri, guió el desarrollo de la tecnología. El objetivo, dice, era maximizar la cantidadde información biológica que podría obtenerse a través de microscopía de excitación de fotones múltiples mientras se minimiza el calor producido por este método. Y al probar su nuevo sistema, los científicos ciertamente obtuvieron mucha información.
HyMS cuenta con la velocidad de cuadros más alta de las técnicas 3p disponibles, lo que significa que puede capturar cambios biológicos a una velocidad récord. Y mientras que las técnicas anteriores escanearon solo un solo plano de tejido, esta tecnología puede obtener información de toda la muestra de tejido y permite a los usuariosregistrar de hasta 12,000 neuronas a la vez. Otra ventaja de HyMS es su capacidad de medir simultáneamente la actividad de las áreas del cerebro a diferentes profundidades. Dado que las diferentes capas del cerebro intercambian señales constantemente, dice Vaziri, el seguimiento de la interacción entre estas regiones es clave paraentender cómo funciona el órgano.
"Antes, las personas ni siquiera habían podido observar la actividad de las neuronas en toda la profundidad de la corteza, que tiene múltiples capas, todo al mismo tiempo", dice. "Con esta tecnología se puede ver realmentecómo se ve el flujo de información dentro de la corteza y entre las estructuras cortical y subcortical "
Además de explorar nuevas profundidades, HyMS permite a los investigadores registrar la actividad cerebral de los animales a medida que interactúan activamente con su entorno. En un experimento reciente, por ejemplo, los investigadores utilizaron la tecnología para registrar señales de miles de neuronas de ratón como animalcaminaron en una cinta o escucharon sonidos. El hecho de que pudieron obtener buenas grabaciones sugiere que la técnica puede usarse para monitorear grandes poblaciones de células a medida que los animales realizan diversas tareas, una aplicación que podría ayudar a dilucidar los mecanismos neuronales que subyacen a varios aspectos decomportamiento y cognición.
Además, dice Vaziri, las técnicas como HyMS serán vitales para los investigadores que esperan comprender mejor cómo los cerebros procesan la información. Las neuronas en el cerebro están densamente interconectadas y la información a menudo no está representada por células individuales, sino por estados de la red.
"Para comprender la dinámica de una red", dice, "necesita obtener mediciones precisas de grandes porciones del cerebro a un nivel de neurona única. Eso es lo que hemos hecho aquí".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Rockefeller . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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