很小,开源大脑显微镜提供了一个窗口
“我们的梦想是发明一个窗口进入大脑,我们可以看到里面发生了什么当我们思考,计划,感觉,和记忆,”梅·布里特Moser教授说,描述对话她和她长期合作者教授爱德华•莫泽年轻的心理学学生在1990年代早期。莫斯神经计算和中心创始主任Kavli系统神经科学研究所的副主任挪威科技大学(巴克)和一个诺贝尔奖得主,与她的研究伙伴,共享公司主任爱德华•莫泽Kavli系统神经科学研究所。
今天,列夫埃里克森鼠标实现这个梦想的第一步。鼠标配备一个窗口在他的头上。窗口的顶部2.4克的纯技术创新。便携式“Mini2P”可能最好被描述为一个小皮质天文台,记录生活的图像神经风景的喜欢从未见过的。
报告从大脑生活
在列夫埃里克森老鼠的大脑,成千上万的神经元共同努力解决一个特定的任务。这个活动是可见的一些细胞开始照亮。不久之后,其他细胞点亮。
Mini2P可以记录生活的大脑区域负责列夫的导航能力。闪烁的大脑细胞,研究人员在屏幕上看到的,都是同一时间启用鼠标找到他在地板上,爬塔,塔的屋顶,美味的香草奶油曲奇等待。
“如果我们想要理解复杂的行为,动物必须自由移动和行为的方式是自然的,”爱德华•莫泽说。“Mini2P第一个工具,使我们能够研究神经网络活动在高分辨率自然行为的动物。”
大发明小包装
Mini2P的基本机制不太不同的光学显微镜,或人类的眼睛。光的最小单位称为光子。Mini2P使用两个微小的光束激光激发并注册神经元准确地说,在高分辨率。
“发展Mini2P时,我们跟着两个规则,我们不愿意妥协,“Weijian宗庆后说。宗庆后是一篇新论文的第一作者描述的技术和卡夫学院的研究员。
“第一条规则是,任何改进设备必须不影响动物的自然行为。所以,我们知道我们必须减肥,使显微镜及其电缆尽可能光和灵活的,”他说。“第二条规则是,我们绝不妥协的显微镜的性能。如果我们希望研究人员投入时间在一个新的工具,微型示波器的功能必须执行明显比其前辈。”
Mini2P的几个出色的工程特性之一是一个微小的电可协调的镜头。通过使用静态电压,宗庆后能够操纵透镜的曲率不会引起温度上升。改变透镜的曲率将触发Mini2P转移之间的焦平面的表面和深层细胞层皮层,也使3 d结构脑组织的录音。
借用水母基因使大脑细胞发光时彼此聊天。
生物荧光让研究人员看到哪些细胞参与不同段的对话。他们还可以观察神经谈话产生想法,鼠标然后制定“外部世界”。
研究人员也可以颜色代码脑细胞基于基因表达和他们沟通的大脑区域。这允许研究人员学习类型的大脑细胞必须合作来生成不同的认知能力。
Mini2P记录同时从成千上万的脑细胞。它可以遵循相同的大脑细胞超过一个月,甚至让他们关注通过最激烈的活动,如重复跳跃从22-centimetre高塔。Mini2P可以探索不同的领域和心理功能在大脑皮层。
研究人员测试Mini2P在大脑的多个区域,如导航系统、记忆中心和视觉区域。技术,通过使用一种被子它可以映射神经风景更大,就像000年10在视觉皮层的脑细胞。所有测量都是当鼠标移动自由,做它通常做什么。Mini2P之前这是不可能的。
让Mini2P与最接近的现有技术
1光子微型示波器已经存在了十年。他们有几个问题。成像的分辨率不够,可能过于缓慢,你不能转变在z轴焦平面,或者他们不能用于大部分地区的皮层具有活性高,细胞密度高。
Mini2P允许从多个飞机沿z轴,记录在音阶从子结构等细胞的轴突分支机构,一万个细胞的地形图。当前的台式版本two-photon-microscope重达半吨,几乎占据整个房间。台式显微镜需要鼠标的头在地方举行,这限制了鼠标的自然运动。它也取代了老鼠的现实世界与虚拟现实。一点也不像老鼠通常会经历,这意味着其行为可能不是自然的,。
Mini2P,另一方面,重2.4克,一个超级柔韧激光和light-collection电缆允许鼠标移动一样自由和动态将Mini2P随身携带。
Mini2P是开源的
“我们相信Mini2P改变游戏规则,我们想要分享它与神经科学家和世界各地的实验室,”梅·布里特Moser说。
“的研究每一个记录,收集的数据也可能发挥作用在研究中使用的动物数量的减少,”她说。新工具也会发挥重要作用在理解大脑的疾病。
“阿尔茨海默氏症通常始于内嗅皮层损伤,”爱德华•莫泽说。“我们知道,阿尔茨海默氏症引起赤字的导航能力,和在内存中。这些都是源于大脑功能的共同协作成千上万的脑细胞。”
“Mini2P提供了一种方法来监控动态的变化,成千上万的细胞间自由移动的老鼠,使用鼠标菌株生物模型的研究阿尔茨海默氏症,”他解释说。“标签不同细胞类型的能力,也使我们能够识别哪些细胞容易受到变化与阿尔茨海默病早期,”爱德华•莫泽说。
Mini2P是一个开源系统神经科学研究所发明可以从卡夫在特隆赫姆的挪威。蓝图,一份购物清单,和教学电影可以从GitHub。学院还将提供研讨会在今年晚些时候。与Mini2P大脑explorer工具你的实验室:
参考:宗庆后W, Obenhaus哈,Skytøen呃,et al。大规模双光子成像钙自由移动的老鼠。细胞。2022;0 (0)。doi:10.1016 / j.cell.2022.02.017
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