3D-фильм о происходящем в вашем мозге

Исследователи применили систему для создания фильма о нейронной активности нематоды Caenorhabditis elegans, а также мозга аквариумной рыбки данио-рерио. Результаты оказались значительно точнее тех, что были получены при помощи традиционных методов.

Ученые показали как нейроны работают внутри червей Caenorhabditis elegans

- Рассмотрение активности отдельного нейрона мозга не расскажет вам о расчете информации; для этого вы должны знать, что делают другие нейроны, - поясняет Эд Бойден, доцент биоинженерии и когнитивных наук Массачусетского технологического института, один из ведущих исследователей группы. - Короче говоря, если вы хотите понять как будет обрабатываться информация от ощущения до действия, вы должны видеть весь мозг.

- Мы не знаем в действительности точного набора клеток, ответственных за любое расстройство работы мозга, - говорит доктор Бойден. - Возможность изучить деятельность всей нервной системы может помочь определить клетки или группы клеток, связанные с расстройством мозга, это приводит к новым идеям в лечении.

Исследовательская группа из MIT создала метод картирования мозговой деятельности в сотрудничестве с коллегами из лаборатории доктора Алипаши Вазири (Венский университет) и Исследовательского института молекулярной патологии в Вене. Ведущими соавторами статьи являются также аспирант MIT Ен Гю Юн и постдок Венского университета Роберт Преведель.

^{Объемная модель нейронов, созданная с использованием новой системы}

Нейроны кодируют информацию — сенсорные ощущения, планы движения, эмоциональные состояния и мысли — с помощью электрических импульсов, связывающих ионы кальция в клетках. Ученые могут визуализировать эти процессы, наблюдая за поведением флуоресцентных белков, связывающих кальций, но до сих пор не было возможности выполнить запись мозговой активности на большом участке и с высокой скоростью.

Сканирование мозга с помощью лазерного луча дает неплохие результаты, но захват изображения занимает слишком много времени, потому что каждая клетка сканируется отдельно. Исследователи из MIT добивались подобного качества изображения, но полученного одновременно на большом участке мозга и снятого с большой скоростью. Ученые стремились увидеть процесс взаимодействия нейронов во всех деталях, с точностью до миллисекунды.

Новый метод основан на технологии визуализации светового поля, создающей 3D-изображения на основе измерений углов входящих внутрь объекта лучей света. Микроскопы для визуализации были разработаны ранее несколькими независимыми группами ученых.

^{Нейрон в очень большом приближении}

В своей статье ученые из MIT и Австрии описали визуализацию, в ходе которой нейроны освещались с 400 различных точек, после чего все снимки объединялись в компьютерной программе и входили в единую объемную модель.

Для экспериментальной проверки оборудования исследователи изучали нервную систему нематод Caenorhabditis elegans, имеющих всего 302 нейрона (человеческий мозг состоит из примерно 86 миллиардов нейронов).

Слабыми местами технологии является меньшая детальность по сравнению с поклеточным сканированием и длительное время обработки изображения (несколько минут на одну секунду жизни нематоды). Следующим шагом своей работы ученые видят устранение этих недостатков и исследование нейронов с помощью оптогенетики — введении в нервные клетки специальных каналов, реагирующих на свет.