看大脑的行动

看数以百万计的大脑神经元相互作用是神经学家们的终极梦想。现在一种新的成像方法可以观察到激活的神经回路,目前小动物大脑的大小,在真正的时间和三维空间。亥姆霍兹慕尼黑中心的研究人员和慕尼黑工业大学最近报告了他们的新发现光:科学与应用程序。

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如今它也认识到,大多数脑功能可能不是通过检验单一神经元的理解。推进有意义,神经科学家需要能够监控数以百万计的神经元的活动,两个人和团体。然而,迄今为止,这种观察是不可能由于有限的穿透深度的光学显微镜技术为生活的大脑。

丹尼尔Razansky博士教授领导的一个研究组组长研究所的生物和分子成像,亥姆霍兹中心的慕尼黑,和分子成像工程教授慕尼黑工业大学,现在已经找到了一种方法来解决这一挑战。新方法是基于所谓的光声,它允许非侵入性审讯的生活组织在厘米级深度。

为高分辨率光声允许,非侵入性,3 d成像的生活组织。技术使用短激光脉冲导致组织的短期膨胀,导致微型超声波振动。那些注册专门设计的探测器,处理和转换成三维图像的审问组织。为此,亥姆霍兹的研究人员已经开发出大量的光声成像技术跟踪血液动力学和有针对性的代理交付的临床前和医学成像的应用。目前的工作地址明显更快的生物过程,如神经激活。

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“我们发现光声可以敏感神经活动产生的钙离子浓度的差异,设计了一种快速功能光声neuro-tomography(字体)系统,可以同时记录信号从大量的神经元”,Xose Luis Dean-Ben博士说,这项研究的第一作者。实验由成年斑马鱼的大脑科学家(鲐鱼类)表达基因编码钙指标GCaMP5G证明,第一次使用光声直接追踪神经动力学的基本能力克服光学成像的长期渗透屏障在不透明的大脑。这项技术还能够跟踪在无限制的运动神经活动的动物。

跟踪野火

“到目前为止,我们证明了实时分析在整个成年动物的大脑大约x3x4毫米尺寸(约24毫米³),”这项研究的领导者Razansky说。目前最先进的光学显微镜方法仅限于数量远低于一立方毫米成像时的快速神经活动,根据研究人员。此外,他们的字体方法已经能够可视化的超过1000立方毫米10毫秒的时间分辨率。

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大规模观察神经活动的关键是了解大脑是如何工作的,在正常和病变情况。“由于我们的方法,一个现在可以捕捉快速同时数以百万计的神经元的活动。并行神经网络社交媒体:在过去,我们可以一起读当某人(在这种情况下,神经细胞)放置一条消息,该消息带有一个邻居。现在我们也可以看到这个消息像野火一样传播,“Razansky解释道。“这新的成像工具预计不仅大大促进我们的知识对大脑功能及其病理生理学也加快发展新的治疗方法针对神经和神经精神障碍,”他总结道。

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亥姆霍兹慕尼黑中心的德国环境与健康研究中心新闻稿

出版

Dean-Ben XLet al。为可伸缩的整个大脑功能的光声neuro-tomography监测钙指标。光:科学与应用,2016年出版。doi: 10.1038 / lsa.2016.201