Forskere udvikler minimalt invasiv hjernesonde

Forskere fra Leibniz Institute of Photonic Technology (Leibniz-IPHT) i Jena og University of Edinburgh har haft held med at bruge et hårtyndt fiberendoskop til at få indsigt i tidligere utilgængelige hjernestrukturer. Denne undersøgelse er blevet offentliggjort i Lys:Videnskab og applikationer . Dette kunne være et stort skridt hen imod en bedre forståelse af funktionerne i dybt skjulte hjernerum, såsom dannelsen af ​​minder, samt relaterede dysfunktioner, herunder Alzheimers sygdom.

Ved at bruge en hårtynd optisk fiber, forskerne kiggede ind i dybe hjerneområder af en levende mus som gennem et nøglehul. Nyligt introducerede metoder til holografisk kontrol af lysudbredelse i komplekse medier muliggør nu brugen af ​​en multimode fiber som et billeddannelsesværktøj. Baseret på denne nye tilgang, forskerne designet et kompakt system til fluorescensbilleddannelse i spidsen af ​​en fiber, tilbyder et meget mindre fodaftryk samt forbedret opløsning sammenlignet med konventionelle endoskoper baseret på fiberbundter eller linser med graderet indeks.

"Vi er meget glade for at se vores teknologi tage sine første skridt mod praktiske anvendelser inden for neurovidenskab, " siger Dr. Sergey Turtaev fra Leibniz-IPHT, hovedforfatter af papiret.

"For første gang, vi har vist, at det er muligt at undersøge dybe hjerneområder af en levende dyremodel på en minimalt invasiv måde og at opnå billeder i høj opløsning på samme tid, " siger IPHT-forsker Dr. Ivo T. Leite. Sergey og Ivo arbejder i forskningsgruppen, der udviklede den holografiske metode til billeddannelse gennem en enkelt fiber. Ved at bruge denne tilgang, forskerholdet fik billeder af hjerneceller og neuronale processer i den visuelle cortex og hippocampus hos levende mus med en opløsning, der nærmede sig en mikrometer. Detaljerede observationer inden for disse områder er afgørende for forskning i sanseopfattelse, hukommelsesdannelse og alvorlige neuronale sygdomme som Alzheimers. Nuværende undersøgelsesmetoder er stærkt invasive, sådan, at det ikke er muligt at observere neuronale netværk i disse indre regioner i arbejde uden massiv ødelæggelse af det omgivende væv - endoskoper bestående af hundredvis af optiske fibre er for store til at trænge igennem sådanne følsomme hjerneområder, mens de neuronale strukturer er for små til at blive visualiseret med ikke-invasive billeddannelsesmetoder såsom magnetisk resonansbilleddannelse (MRI).

"Denne minimalt invasive tilgang vil gøre det muligt for neuroforskere at undersøge neuronernes funktioner i dybe strukturer af hjernen hos bevidste dyr uden at forstyrre neuronkredsløbene i aktion. Det vil være muligt at afsløre aktiviteten af ​​disse neuronale kredsløb, mens dyret udforsker et miljø eller lære en ny opgave, " forklarer projektpartner Dr. Nathalie Rochefort fra University of Edinburgh.