Hovedmonteret mikroskop fanger hjerneaktivitet i frit opførende mus

Forskere har udviklet et hovedmonteret miniaturemikroskop, der kan bruges til billedaktivitet fra hele den ydre del af hjernen, eller cortex, i frit opførende mus. Når det kombineres med implanterbare gennemsigtige kranier, det nye mikroskop kan fange musens hjerneaktivitet i mere end 300 dage.

Mus bruges ofte til at studere hjernen, fordi de har mange af de samme hjernestrukturer og forbindelser som mennesker. Det nye mikroskop, kendt som mini-mScope, tilbyder et vigtigt nyt værktøj til at studere, hvordan neural aktivitet fra flere områder af cortex bidrager til adfærd, erkendelse og opfattelse.

Mathew L. Rynes fra University of Minnesota, Twin Cities, USA præsenterer forskningen på den alt-virtuelle OSA Biophotonics Congress i 2021:Optik inden for biovidenskab, der afholdes 12.-16. April. Daniel Surinach ledede undersøgelsen. Præsentationen er planlagt til torsdag, 15. april kl. 10:00 PDT (UTC-07:00).

Selvom forskere har gjort store fremskridt med at forstå, hvordan neural aktivitet i bestemte områder af hjernens cortex bidrager til adfærd, det har været svært at studere aktivitet fra flere kortikale regioner på én gang. For mus, selv den simple opgave at flytte en enkelt knurhår som reaktion på en stimulus involverer behandling af oplysninger på flere kortikale områder.

"Mini-mScope gør det muligt at afbilde det meste af dorsal cortex under fri og uhæmmet adfærd, "sagde Rynes." Dette kan give neurovidenskabsfolk mulighed for at undersøge hjernen under kompleks adfærd holistisk, eller at forstå, hvordan kortikale regioner interagerer under adfærd. Dette åbner for forskning i at forstå, hvordan forbindelsesmuligheder ændres i syge tilstande, traumatisk hjerneskade eller afhængighed. "

Det nye mini-mScope er et fluorescensmikroskop, der kan bruges til calciumbilleddannelse, en teknik, der almindeligvis bruges til at overvåge hjernens elektriske aktivitet. Den hovedmonterede enhed tager billeder på nær celleniveau, gør det muligt at studere forbindelser mellem regioner på tværs af cortex.

Forskerne oprettede det miniaturiserede mikroskop ved hjælp af lysdioder til belysning, miniaturelinser til fokusering og et sCMOS -kamera til optagelse af billeder. Det inkluderer sammenlåsende magneter, der lader det let fastgøres til morfologisk realistisk, 3-D-trykte transparente polymerskranier kendt som See-Shells, som forskerne tidligere udviklede. Ved implantering i mus, See-Shells skaber et vindue, gennem hvilket langsigtet mikroskopi kan udføres. I tidligere forsøg, mus har levet med implanterede se-skaller i op til et år.

De demonstrerede mini-mScope ved at bruge det til at forestille musens hjerneaktivitet som reaktion på en visuel stimulans til højre øje, en vibrationsstimulering til højre bagben og en somatosensorisk stimulus præsenteret for højre whisker. De skabte også funktionelle forbindelseskort over hjernen, da en mus iført det hovedmonterede mikroskop interagerede med en anden mus. De så, at den intrakortiske forbindelse øgede, når musen engagerede sig i social adfærd.

"Vores team skaber en række værktøjer, der giver os mulighed for at få adgang til og interagere med store dele af cortex ved høj rumlig og tidsmæssig opløsning, "sagde Rynes." Denne undersøgelse viser, at mini-mScope kan bruges til at studere funktionel forbindelse i mus, der frit opfører sig, hvilket gør det til et vigtigt bidrag til denne værktøjskasse. "

Forskerne bruger nu mini-mScope til at undersøge, hvordan kortikal tilslutning ændres i en række adfærdsmæssige paradigmer, såsom at udforske et nyt rum. De arbejder også sammen med samarbejdspartnere for at bruge mini-mScope til at studere, hvordan kortikal aktivitet ændres, når mus lærer vanskelige motoriske opgaver.