Микроскоп TrUDI записал активность нейронов мыши на глубине около двух миллиметров

Оптическая запись активности нейронов в глубоких структурах мозга ограничена рассеянием света и нагревом ткани. Платформа TrUDI позволила исследовать мозг мыши на глубине до 2,1 миллиметра без удаления вышележащей коры. Это не означает полного отсутствия хирургической подготовки.

Как работает трёхфотонная технология

Группа под руководством Алипаши Вазири в Рокфеллеровском университете разработала платформу TrUDI (Three-photon Ultra-Deep Imaging). В отличие от традиционной двухфотонной микроскопии, она использует три фотона, которые одновременно поглощаются одной молекулой флуорофора. Для такого возбуждения нужны мощные короткие импульсы. Команда снизила частоту их повторения и оптимизировала оптику и сканирование, чтобы получать сигнал из глубоких слоёв при допустимой средней мощности лазера.

Результаты по сравнению с предыдущим поколением методов:

• глубина проникновения увеличена с 1,2 мм до 2,1 мм;
• эффективность генерации флуоресцентного сигнала выросла примерно в 250 раз;
• воздействие лазера на ткань снижено на 80% в ряде режимов работы;
• гиппокамп и стриатум мыши визуализированы без удаления коры.

Что учёные видят в живом мозге

В экспериментах команда Вазири записывала активность отдельных нейронов в реальном времени. Они наблюдали динамику нейронных ансамблей в структурах, прежде труднодоступных без инвазивного вмешательства. В частности, стриатум — ключевой узел двигательного контроля и обучения с подкреплением — теперь можно изучать без удаления вышележащих слоёв коры.

Авторы подчёркивают, что после работы системы в тканях не обнаружено воспалительных изменений, гибели нейронов или повреждения ДНК при проверенных режимах лазерного облучения. Это важно для корректной интерпретации экспериментальных данных, поскольку физическое повреждение само по себе меняет нейронную активность.

Ограничения и перспективы

Работа опубликована в журнале Nature Methods. Метод в его нынешнем виде отработан на мышиных моделях и не является методом диагностики для человека. Перенос в клиническую практику потребует дополнительного масштабирования и независимой проверки безопасности для каждого конкретного режима работы.

Читайте также: Учёные учли обмен ионов в упрощённой модели коллективной активности нейронов.

TrUDI расширяет возможности фундаментального изучения глубоких нейронных цепей. Наблюдение за ними может помочь связать активность отдельных клеток с работой целых структур мозга; лечебного эффекта в этой работе не проверяли.