Нейробиологи давно стремятся увидеть работу мозга в режиме реального времени — не по косвенным признакам, а напрямую фиксируя электрические сигналы нейронов. Группа исследователей из США представила технологию, которая позволяет это делать на уровне целого мозга небольшой модели — личинки рыбки данио-рерио.
Ученые модифицировали микроскоп светового поля, который обычно сканирует объект слой за слоем. Они увеличили скорость съемки и добавили механизм дистанционной перефокусировки, что позволило получать изображение всего мозга рыбки 200 раз в секунду — то есть с интервалом в 5 миллисекунд.
Для регистрации активности они использовали генетически закодированные белковые индикаторы напряжения. Эти белки встраиваются в мембраны нейронов и начинают светиться в момент электрического импульса. Ранее такие индикаторы применяли только для небольших участков мозга, но в новой работе удалось охватить весь объем.
В ходе экспериментов на покоящихся рыбках ученые зафиксировали как одиночные импульсы нейронов, так и быстрые серии разрядов. После воздействия ультрафиолетовым светом они проследили распространение активности: сначала в зрительном бугре, затем с одной его стороны на другую, а также независимые цепочки возбуждения в мозжечке и заднем мозге.
При этом индикатор сработал примерно в четверти нейронов по всему мозгу — этого оказалось достаточно, чтобы наблюдать общие паттерны работы сети.
Авторы отмечают, что мозг — это единая взаимосвязанная система, и чтобы понять его логику, нужно видеть, как все нейроны действуют совместно. Предложенный метод дает такую возможность впервые для столь быстрых процессов.
В ближайшее время команда намерена увеличить долю видимых нейронов, улучшить разрешение и скорость микроскопа, а также адаптировать подход для других модельных организмов, включая мышей. В более широком смысле технология может помочь изучать связь активности мозга с поведением, состояниями сознания и реакциями на внешние стимулы.
Читайте также: Рентгеновская томография ядерного топлива поможет продлить срок службы реакторов