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 во время движения. Результаты работы представлены в 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 нервные клетки флуоресцировать во время проявления любых форм 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 серьёзные ограничения на использование данных систем нейровизуализации во время экспериментов, позволяющих животным свободно двигаться.
Группа 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. Учёные добились этого благодаря использованию специализированного оптоволокна и платформы-вольера на воздушной подушке.
Разработанное оптическое волокно, как объясняют учёные, устроено таким образом, что его преломляющая способность плавно меняется от центра к краям светопроводящего материала. Эта особенность позволяет существенно повысить информационную ёмкость получаемого из мозга флуоресцентного сигнала.
Хотя голова мыши с имплантированным в мозг оптоволокном жёстко закреплена под микроскопом, платформа на воздушной подушке позволяет мышам ходить, исследуя пространство. Устройство чем-то похоже на «беличье колесо»: когда зафиксированная под микроскопом мышь перебирает лапками, под ними передвигается подвешенный на воздушной подушке пол, но у мыши, по идее, должно создаваться впечатление, что это она передвигается по полу.
Работу этой системы физики проверили на нескольких ГМ-мышах с флуоресцирующими во время активности нейронами. Опыты подтвердили, что новая система действительно может отслеживать активность нервных клеток в организме двигающихся мышей и получать чёткие снимки отдельных нейронов. Учёные надеются, что созданный ими комплекс ускорит изучение работы клеток мозга животных во время движения.