123RF
Technologia obrazowania 3D pomaga zrozumieć pracę mózgu
Redaktor: Monika Stelmach
Data: 07.07.2021
Źródło: Komisja Europejska/CORDIS
Innowacyjna technologia obrazowania neuronowego 3D może umożliwić naukowcom lepsze zrozumienie m.in. sposobu przetwarzania informacji w mózgu. Poszerzenie wiedzy na temat funkcji mózgu pozwoli opracować nowe metody leczenia chorób i zaburzeń neurologicznych.
– Aby zrozumieć, w jaki sposób mózg interpretuje informacje sensoryczne i motoryczne oraz uczy się i wykonuje zadania poznawcze, musimy wiedzieć, jak mierzyć sygnały przepływające przez obwody neuronowe – wyjaśnia Angus Silver, koordynator projektu 3DSCAN i profesor neuronauki na angielskim University College London.
Do przeprowadzania pomiarów naukowcy coraz częściej stosują mikroskopię dwufotonową, szczególny rodzaj mikroskopii fluorescencyjnej. Wielofotonowe techniki obrazowania fluorescencyjnego pozwalają wizualizować aktywność nerwową w obwodach mózgowych zwierząt podczas wykonywania zadania behawioralnego.
Nawet przy zastosowaniu tej najnowocześniejszej technologii pomiar aktywności mózgu jest niezwykle skomplikowanym zadaniem. Głównym wyzwaniem jest to, że tradycyjne mikroskopy dwufotonowe generują obrazy 2D i powoli dostosowują ostrość do różnych głębokości.
– Nadrzędnym celem moich badań jest zrozumienie, w jaki sposób móżdżek i kora nowa przekazują i przetwarzają informacje sensoryczne i motoryczne podczas nabywania określonych umiejętności. Mikroskopia dwufotonowa stanowi najlepsze narzędzie do badania struktury i funkcji mózgu na poziomie synaptycznym, neuronalnym i obwodowym. Uważam jednak, że do monitorowania aktywności w obwodach mózgu w 3D potrzebna jest lepsza rozdzielczość czasowa – mówi prof. Silver.
W związku z tym Silver wraz ze swoim zespołem opracował technologię skanowania 3D z użyciem soczewki akustyczno-optycznej (ang. acousto-optic lens, AOL) dzięki poprzedniej dotacji ze środków UE. Składa się ona z czterech deflektorów akustyczno-optycznych ułożonych w szereg, które są wbudowane w mikroskop dwufotonowy.
Zespół projektu – złożony z inżynierów elektryków, fizyków, programistów i eksperymentalistów – zbudował i przetestował tę innowację oraz zweryfikował jej skuteczność.
– Odkryliśmy, że możemy teraz z dużą prędkością selektywnie skanować w 3D drobne struktury neuronalne, takie jak drzewa dendrytyczne. Historia neuronauki pokazuje, że nasze poznawanie mózgu w dużej mierze jest ograniczone przez dostępne technologie. Nieliniowy skaner AOL 3D przyspieszy tempo przeprowadzenia badań obwodów, przybliżając naukowców do opracowania nowych metod leczenia chorób i zaburzeń neurologicznych – dodaje prof. Silver.
Do przeprowadzania pomiarów naukowcy coraz częściej stosują mikroskopię dwufotonową, szczególny rodzaj mikroskopii fluorescencyjnej. Wielofotonowe techniki obrazowania fluorescencyjnego pozwalają wizualizować aktywność nerwową w obwodach mózgowych zwierząt podczas wykonywania zadania behawioralnego.
Nawet przy zastosowaniu tej najnowocześniejszej technologii pomiar aktywności mózgu jest niezwykle skomplikowanym zadaniem. Głównym wyzwaniem jest to, że tradycyjne mikroskopy dwufotonowe generują obrazy 2D i powoli dostosowują ostrość do różnych głębokości.
– Nadrzędnym celem moich badań jest zrozumienie, w jaki sposób móżdżek i kora nowa przekazują i przetwarzają informacje sensoryczne i motoryczne podczas nabywania określonych umiejętności. Mikroskopia dwufotonowa stanowi najlepsze narzędzie do badania struktury i funkcji mózgu na poziomie synaptycznym, neuronalnym i obwodowym. Uważam jednak, że do monitorowania aktywności w obwodach mózgu w 3D potrzebna jest lepsza rozdzielczość czasowa – mówi prof. Silver.
W związku z tym Silver wraz ze swoim zespołem opracował technologię skanowania 3D z użyciem soczewki akustyczno-optycznej (ang. acousto-optic lens, AOL) dzięki poprzedniej dotacji ze środków UE. Składa się ona z czterech deflektorów akustyczno-optycznych ułożonych w szereg, które są wbudowane w mikroskop dwufotonowy.
Zespół projektu – złożony z inżynierów elektryków, fizyków, programistów i eksperymentalistów – zbudował i przetestował tę innowację oraz zweryfikował jej skuteczność.
– Odkryliśmy, że możemy teraz z dużą prędkością selektywnie skanować w 3D drobne struktury neuronalne, takie jak drzewa dendrytyczne. Historia neuronauki pokazuje, że nasze poznawanie mózgu w dużej mierze jest ograniczone przez dostępne technologie. Nieliniowy skaner AOL 3D przyspieszy tempo przeprowadzenia badań obwodów, przybliżając naukowców do opracowania nowych metod leczenia chorób i zaburzeń neurologicznych – dodaje prof. Silver.
