Чтобы сделать так, исследователи развивали линию трансгенных мышей, мозги которых выразили зеленый флуоресцентный белок, который освещает активные нейроны. Они тогда использовали настроенный широко-полевой микроскоп с двойными линзами, чтобы захватить изображения мозга, подобного тому, что fMRI делает в людях.
Объединенный, техника позволяет им визуализировать деятельность через кору, наружную поверхность мозга.«Это похоже на fMRI, но с намного большим временным и пространственным разрешением», сказал Кристопэр М. Нилл, преподаватель в Отделе Биологии и член Института UO Нейробиологии. «Мы можем визуализировать сенсорные исходные данные, поскольку они входят в мозг и последующую деятельность, соответствующую решению и поведенческому ответу. Мы видим целый поток».Широко-полевой подход отображения, развитый для исследования, обеспечивает новый инструмент, который может служить соединительным человеком моста fMRI, чтобы жить отображение мышей, чтобы исследовать основные механизмы и генетику функции мозга и развития, сказали Нилл и докторант UO Джозеф Б. Векселблатт.
Они – два из четырех соавторов UO на бумаге, которая находится теперь в прессе с Журналом Нейрофизиологии.Крупномасштабное мозговое отображение в настоящее время возможно в меньших разновидностях, таково как данио-рерио и нематоды, но они испытывают недостаток в коре – верхний слой мозгов млекопитающих, где познание, память, языковое изучение и моторные поведения происходят.Визуализация возможна из-за флуоресцентного белка, GCaMP6, который был развит исследователями в Говарде Хьюзе Медицинский Институт.
Белок содержит датчик кальция и освещает, когда нейроны активированы. Линия мыши с GCaMP6, произведенным в UO, распределяется ученым во всем мире через хранилище в Лаборатории Джексона в Мэне.Трансгенные мыши могут сопровождаться в течение их жизней, позволяя исследование изменений в функции мозга за длительные периоды времени, такой как в течение приобретения знаний о задаче.
Это также открывает возможность, Нилл сказал, чтобы исследовать мозговые проблемы, связанные с ранним развитием, юным поведением, шизофренией и возрастным ухудшением мозга.Исследования человеческого мозга, сделанные с fMRI, специально развитым использованием магнитно-резонансной томографии, позволяют исследователям точно определять определенные области мозга, которые активны при определенных условиях, измеряя изменения в уровне кислорода крови. Это не позволяет исследователям исследовать глубже, чтобы видеть, что определенная нейронная схема происходит, поскольку задачи выполнены.Заключительный шаг новой системы отображения мыши включает отображение с двумя фотонами, которое позволяет исследователям увеличивать масштаб и видеть отдельные нейроны, которые активны.
Используя комбинацию широко-полевого и отображения с двумя фотонами, исследователи могут изучить деятельность от глобального масштаба всего мозга вниз к местному масштабу групп отдельных нейронов.«Мы поставляем сенсорные исходные данные – движущиеся изображения – что более аккуратное принятие решений мышью», сказал Нилл. «Поскольку исходные данные зарегистрированы, и поведение начинается, мы можем наблюдать поток деятельности через мозг. Вы видите все это в режиме реального времени, и очень быстро, почти на скорости мысли».«Наш подход быстрее, чем fMRI, где контроль ответа часто измеряется в секундах», сказал Векселблатт. «Мы видим ответы в ста миллисекундах, и мы видим, что информация течет через кору.
Вы не можете получить это с fMRI. И затем Вы можете увеличить масштаб, чтобы видеть схему позади активации.«В предыдущем исследовании Вы должны были бы использовать различных животных в разное время их жизней, чтобы добраться до информации, которую Вы хотите», сказал он. «Здесь мы можем изучить тех же самых мышей со временем, чтобы наблюдать, как образцы изменяются, когда они выставлены различным переменным, таким как напряжение или лекарства».
Издавая их подход в инновационном разделе методологии Журнала Нейрофизиологии, авторы ожидают, что это позволит другим исследователям использовать подход в широком спектре исследований функции мозга от сенсорной обработки до познания.