El microscopio de alta velocidad puede ofrecer información sobre el autismo y la esquizofrenia
Ahora, los neurocientíficos de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) han unido fuerzas con los físicos para desarrollar un microscopio no invasivo y de velocidad extremadamente alta que captura instantáneamente la activación de miles de neuronas en el cerebro mientras se comunican, o en estos casos, comunicarse mal entre sí.
"En nuestra opinión, este es el microscopio de excitación de dos fotones más rápido del mundo para imágenes tridimensionales in vivo", dijo el profesor de física de UCLA, el Dr. Katsushi Arisaka, quien desarrolló el sistema de imágenes ópticas con el Dr. Carlos Portera-Cailliau, profesor asistente de UCLA. de neurología y neurobiología, y colegas.
Dado que las enfermedades neuropsiquiátricas como el autismo, la esquizofrenia y el retraso mental no suelen mostrar ningún daño cerebral físico, se cree que son causadas por problemas de conductividad: las neuronas no se activan correctamente. Las células normales tienen patrones de actividad eléctrica, dijo Portera-Cailliau, pero la actividad celular irregular en su conjunto no crea información útil que el cerebro pueda usar.
“Uno de los mayores desafíos para la neurociencia en el siglo XXI es comprender cómo los miles de millones de neuronas que forman el cerebro se comunican entre sí para producir comportamientos complejos”, dijo.
"El máximo beneficio de este tipo de investigación vendrá al descifrar cómo los patrones disfuncionales de actividad entre las neuronas conducen a síntomas devastadores en una variedad de trastornos neuropsiquiátricos".
Recientemente, Portera-Cailliau había estado utilizando imágenes de calcio, un método en el que las neuronas absorben tintes fluorescentes. Cuando las celdas se disparan, “parpadean como luces en un árbol de Navidad”, dijo. "Nuestro papel ahora es descifrar el código que usan las neuronas, que está enterrado en esos patrones de luz parpadeante".
Sin embargo, dice Portera-Cailliau, esa técnica tiene sus limitaciones.
“La señal del tinte fluorescente a base de calcio que usamos se desvaneció a medida que obtuvimos imágenes más profundas de la corteza. No pudimos obtener imágenes de todas las células ”, dijo.
Además, Portera-Cailliau y su equipo creían que les faltaba información importante porque no podían capturar una sección del cerebro lo suficientemente grande como para medir la activación grupal de neuronas individuales. Ese fue el factor clave que llevó a Arisaka y Adrian Cheng, uno de sus estudiantes de posgrado, a buscar un método más rápido para registrar neuronas.
El microscopio que desarrollaron es un microscopio multifocal de dos fotones con multiplexación de excitación-emisión espacio-temporal (STEM). Es una versión modificada de microscopios de barrido láser de dos fotones que registran tintes de calcio fluorescentes dentro de las neuronas, pero con el rayo láser principal dividido en cuatro rayos más pequeños.
Esta técnica les permite registrar cuatro veces más células cerebrales que la versión original, cuatro veces más rápido. Además, se usó un rayo diferente para registrar neuronas a varias profundidades dentro del cerebro, lo que le dio a la imagen un efecto 3D completamente nuevo.
“La mayoría de las cámaras de video están diseñadas para capturar una imagen a 30 imágenes por segundo. Lo que hicimos fue acelerar eso 10 veces a aproximadamente 250 imágenes por segundo ”, dijo Arisaka. "Y estamos trabajando para hacerlo aún más rápido".
El resultado, dijo, "es un video tridimensional de alta resolución de la actividad del circuito neuronal en un animal vivo".
Portera-Cailliau ya está cosechando los beneficios de esta técnica de imagen en sus estudios sobre el síndrome del X frágil, una forma de autismo. Usando esta nueva tecnología, puede comparar la corteza de un ratón normal con un ratón mutante X frágil y presenciar el fallo de funcionamiento de las neuronas en el cerebro X frágil.
El estudio se puede encontrar en la edición del 9 de enero de la revista. Métodos de la naturaleza.
Fuente: Universidad de California
