Neue Mikroskop erfasst große Gruppen von Neuronen im lebenden Tier: Schnelle, detaillierte Bildgebung, die über ein breites Sichtfeld nützlich für die Entschlüsselung der Gehirnfunktionen

Die Forscher entwickelten ein Mikroskop speziell für das imaging in großen Gruppen von interagierenden Zellen in Ihrer natürlichen Umgebung. Das instrument liefert den Wissenschaftlern ein neues Werkzeug für imaging-Neuronen in lebenden Tieren und könnte eine beispiellose Ansicht in wie große Netzwerke von Neuronen interagieren während der verschiedenen Verhaltensweisen.

Bei OpticaDer Optical Society ‚ s journal für high-impact-Forschung, Forscher an der Universität von Boston, USA, zeigen, dass Ihre neuen „multi-z“ – konfokale Mikroskopie-system können Bild die Gehirne von lebenden Mäusen unter video-rate und mit einem Gesichtsfeld größer als ein millimeter.

Imaging-große Gruppen von Zellen erfordert die Erfassung zelluläre oder subzelluläre details auch bei schnellen Geschwindigkeiten über einen großen 3D-Volumen. Dies ist herausfordernd, weil die meisten imaging-Ansätze kommen mit inhärenten Kompromisse zwischen Geschwindigkeit, Sichtfeld und Auflösung.

„Wir haben einen Weg gefunden, um das Zusammenführen der benötigten imaging-Funktionen in einem Mikroskopie-system, das einfach zu bauen und zu betreiben“, sagte Amaury Badon, den ersten Autor des Papiers. „Es stellt auch die Ergebnisse in Echtzeit, ohne die Notwendigkeit für komplizierte Datenanalyse oder Bildverarbeitung.“

Erwerb von 3D-Bild-Bände

Das neue Mikroskop basiert auf der konfokalen Mikroskopie, eine Technik, die Häufig verwendet für cell imaging. Die konfokale Mikroskopie liefert Bilder mit hoher Auflösung und Kontrast über eine physische Lochkamera zu block out-of-focus-Licht und lassen Sie in-Fokus-Licht durch. Allerdings ist das Scannen einer Probe zu erwerben genug von 2D-Bildern zu rekonstruieren ein 3D-Volumen ist zeitaufwendig und produziert große Mengen von Daten.

Erwerben Sie mehrere Ebenen gleichzeitig entwickelten die Forscher einen Weg, um die Wiederverwendung der Licht für imaging-Zellen in einer Ebene, auch image-Zellen tiefer in der Probe. Sie verwendet einen Ansatz, der sogenannte extended-Beleuchtung, in dem das Mikroskop das Objektiv ist nur teilweise gefüllt, mit der Beleuchtung, so dass das Licht tiefer in die Probe. Die full-Objektiv wird dann verwendet, um Fluoreszenz erkennen, die bietet eine hohe Auflösung. Anstatt eine Lochkamera, wie bei den herkömmlichen konfokalen setups, das neue Mikroskop verfügt über eine Reihe von reflektierenden Streifen, die jeden erfassen, der in-Fokus-Licht aus einer anderen Tiefe in der Probe.

„Unsere Methode profitieren vom Kontrast der konfokalen Mikroskopie und sind in der Lage zu verlängern, um die volumetrische Bildgebung ohne Einbußen bei der Geschwindigkeit“, sagte Badon. „Obwohl erweiterte Beleuchtung und reflektierende Streifen verwendet wurden vor, dies ist das erste mal, dass Sie miteinander verbunden wurden, in einem konfokalen Mikroskop-setup in einer Licht-effiziente Weise.“

Die Forscher auch darauf zugeschnitten das Mikroskop für größere scale imaging als herkömmliche konfokale Mikroskope und entwickelt, um es zu Bild-video-rate. Schnelle Bilderfassung war wichtig, da die Fluoreszenz-Indikatoren, die überwachung des zellulären Funktion arbeiten normalerweise auf Zeitskalen von einigen zehn Millisekunden.

Imaging neuronaler Aktivität in lebenden Tieren

Die Forscher belegten das multi-z-konfokale Mikroskopie-system, indem Sie es zum Bild ganze C. elegans-Würmer, die zu groß sind, (500 bis 800 Mikron lange) einfach Bild alle auf einmal mit einem herkömmlichen konfokalen Mikroskop. Sie gleichzeitig erkannt und überwacht die Aktivität von 42 Nervenzellen im gesamten Organismus, auch wenn die Würmer bewegten.

Sie setzten dann Ihre Mikroskop-Bild der Hippocampus-region im Gehirn einer Maus in einem Wachen Tier, dessen Kopf gehalten wurde stationär. Sie waren in der Lage, Bild-Neuronen-Aktivität in einem Volumen mess-1200 X 1200 X 100 µm bei video-rate. Mit Hilfe eines Algorithmus, den die Forscher waren in der Lage zu erkennen 926 Neuronen in das gesicherte volume.

Sie sind nun arbeiten an der Verbesserung der Geschwindigkeit und Tiefe der penetration von der Technik als auch um das Mikroskop so vielseitig und benutzerfreundlich wie möglich.