Учёные из Университета Колорадо создали крошечный, лёгкий микроскоп под названием MiniVolt, способный записывать активность нейронов у движущихся животных с беспрецедентной скоростью. Этот инновационный инструмент позволяет исследователям получить более полное представление о том, как клетки мозга обрабатывают информацию во время естественного поведения. Подробности о MiniVolt опубликованы в журнале Biomedical Optics Express.
Большинство существующих миниатюрных микроскопов обычно фиксируют медленные кальциевые сигналы. Однако главным преимуществом MiniVolt является скорость: он может захватывать электрические импульсы нейронов со скоростью сотен кадров в секунду. Это крайне важно для определения точного момента активации нейронов, а также «тихих» сигналов, которые накапливаются в клетках перед окончательной активацией.
Микроскоп предназначен для получения изображений генетически кодируемых индикаторов напряжения (флуоресцентных красителей) через небольшое окно, помещённое в череп, пока животное находится в бодрствующем состоянии.
Электрические сигналы нейронов — так называемые потенциалы действия — чрезвычайно быстры и происходят в течение миллисекунд. Из-за такой скорости наблюдать их ранее было трудно, так как для этого требовалось громоздкое и тяжёлое оборудование.
Создатели MiniVolt решили эту проблему, разработав:
-
компактную и эффективную оптическую систему (с высокой числовой апертурой), которая собирает большое количество света. Это позволяет видеть даже небольшие изменения сигналов;
-
в сочетании с ней высокоскоростной датчик (камеру).
Такое сочетание позволило микроскопу надёжно регистрировать как электрические «спайки» (моменты активации), так и небольшие начальные электрические изменения.
Ключевые характеристики MiniVolt:
-
Вес: 16,4 грамма
-
Частота кадров: около 500 кадров в секунду
-
Поле зрения: 250 микрон
Исследователи объединили микроскоп с передовым индикатором напряжения Voltron2. Эксперименты на мышах показали, что записи, полученные с помощью MiniVolt, сопоставимы по качеству сигнала со стандартными микроскопами, обеспечивая надёжное измерение потенциалов действия отдельных нейронов.
Команда предполагает, что углублённое понимание работы нейронных цепей в конечном итоге поможет в разработке новых методов лечения неврологических и нейродегенеративных заболеваний.
В настоящее время исследователи работают над дальнейшим уменьшением веса микроскопа, чтобы использовать его и на землеройках, которых часто применяют для изучения человеческих болезней.
