آخرین مطالب

میکروسکوپ مغز مینیاتوری منبع باز


Mini2P - یک میکروسکوپ مینیاتوری مغز منبع باز

ادوارد موزر، برنده جایزه نوبل و یکی از مدیران موسسه Kavli برای علوم اعصاب سیستمی در دانشگاه نروژ می گوید: “این احتمالا تنها اختراعی است که ما در آزمایشگاه موزر انجام خواهیم داد، بنابراین بهتر است آن را یک اختراع خوب بسازیم.” علم و فناوری (NTNU). در اینجا با محقق Kavli، Weijian Zong، که پروژه توسعه را رهبری کرد، و May-Britt Moser، که با او به طور مشترک این مؤسسه را اداره می کند و جایزه نوبل فیزیولوژی و پزشکی را به اشتراک می گذارد. اعتبار: موسسه کاولی برای علوم اعصاب سیستم/NTNU

پروفسور می بریت موزر با تشریح مکالمات او و پروفسور همکار طولانی مدتش می گوید: “رویای ما اختراع پنجره ای به مغز بود، تا بتوانیم ببینیم در هنگام فکر کردن، برنامه ریزی، احساس و به خاطر سپردن در داخل چه اتفاقی می افتد.” ادوارد موزر در اوایل دهه 1990 دانشجوی جوانی روانشناسی بود. موزر، مدیر مؤسس مرکز محاسبات عصبی و مدیر مؤسسه کاولی برای علوم اعصاب سیستمی در دانشگاه علم و فناوری نروژ (NTNU) و برنده جایزه نوبل است که با شریک تحقیقاتی خود، ادوارد موزر، مدیر مشترک دانشگاه علوم اعصاب نروژ (NTNU) است. موسسه کاولی برای علوم اعصاب سیستمی.

امروز، لیف اریکسون موش اولین قدم در تحقق آن رویا است. موش مجهز به پنجره ای روی سرش است. در بالای پنجره 2.4 گرم نوآوری فنی خالص وجود دارد. شاید بتوان “Mini2P” قابل حمل را به عنوان یک رصدخانه کوچک قشری توصیف کرد که تصاویری زنده از مناظر عصبی را ثبت می کند که مانند آنها قبلاً دیده نشده بود.

گزارش زنده از مغز

در داخل مغز موش لیف اریکسون، هزاران نورون با هم کار می کنند تا یک کار بسیار خاص را حل کنند. این فعالیت زمانی که سلول های کمی شروع به روشن شدن می کنند قابل مشاهده است. کمی بعد سلول های دیگر روشن می شوند.

Mini2P می تواند از ناحیه مغز که مسئول مهارت های ناوبری لیف است، به صورت زنده ضبط کند. سلول های چشمک زن مغزی که محققان بر روی صفحه نمایش می بینند، همزمان به موش امکان می دهند راه خود را از کف، از یک برج کوهنوردی، به سقف برج بیابد، جایی که شیرینی خامه ای خوشمزه وانیلی در انتظارش است.

ادوارد موزر می‌گوید: «اگر می‌خواهیم رفتار پیچیده را درک کنیم، حیوان باید آزادانه حرکت کند و به گونه‌ای رفتار کند که برای او طبیعی است. Mini2P اولین ابزاری است که به ما امکان می‌دهد فعالیت شبکه‌های عصبی را با وضوح بالا در حیوانات دارای رفتار طبیعی مطالعه کنیم.

اختراعات بزرگ در بسته بندی های کوچک می آیند

مکانیسم‌های اصلی Mini2P با میکروسکوپ نوری یا چشم انسان چندان متفاوت نیست. کوچکترین واحد نور، فوتون نام دارد. Mini2P از دو و دو بسته کوچک نور از یک لیزر برای تحریک و ثبت دقیق نورون ها با وضوح بالا استفاده می کند.

Weijian Zong می‌گوید: «هنگام توسعه Mini2P، از دو قانون پیروی کردیم که در آن حاضر به مصالحه نبودیم. Zong اولین نویسنده مقاله جدیدی است که این فناوری را توصیف می کند و یک محقق در موسسه Kavli است.

او گفت: “قاعده اول این بود که هرگونه بهبود در تجهیزات نباید بر رفتار طبیعی حیوان تأثیر بگذارد. بنابراین، ما می دانستیم که باید وزن خود را کاهش دهیم تا میکروسکوپ و کابل آن تا حد امکان سبک و انعطاف پذیر باشد.” قانون دوم این بود که ما نباید عملکرد میکروسکوپ را به خطر بیندازیم. اگر می‌خواهیم محققان زمان خود را روی ابزار جدیدی سرمایه‌گذاری کنند، ویژگی‌های مینی‌سکوپ باید به طور قابل توجهی بهتر از نمونه‌های قبلی خود عمل کند.

یکی از چندین ویژگی مهندسی درخشان Mini2P یک لنز کوچک قابل تنظیم الکتریکی است. زونگ با استفاده از ولتاژ استاتیک توانست انحنای لنز را بدون افزایش دما دستکاری کند. تغییر انحنای لنز باعث می‌شود که Mini2P صفحه کانونی را بین لایه‌های سلولی سطحی و عمیق‌تر قشر مغز جابجا کند و همچنین امکان ضبط ساختار سه بعدی بافت مغز را فراهم می‌کند.

ژنی که از چتر دریایی به عاریت گرفته شده است باعث می شود سلول های مغز هنگام گفتگو با یکدیگر بدرخشند.

بیولومینسانس به محققان این امکان را می دهد که دقیقاً ببینند کدام سلول ها در بخش های مختلف گفتگو شرکت می کنند. آن‌ها همچنین می‌توانند تماشا کنند که چگونه مکالمه عصبی ایده‌هایی را ایجاد می‌کند که موش سپس «در دنیای بیرون» اجرا می‌کند.







Mini2P به محققان این امکان را می دهد که ببینند در مغز موش چه اتفاقی می افتد در حالی که آزادانه محیط خود را کاوش می کند. اعتبار: موسسه کاولی برای علوم اعصاب سیستمی/بر

محققان همچنین می‌توانند سلول‌های مغز را بر اساس ژن‌هایی که بیان می‌کنند و نواحی مغزی که با آنها ارتباط برقرار می‌کنند، کد رنگ کنند. این به محققان اجازه می دهد تا بیاموزند کدام نوع از سلول های مغز باید برای تولید توانایی های شناختی مختلف با یکدیگر همکاری کنند.

Mini2P به طور همزمان از هزاران سلول مغز ضبط می کند. می‌تواند سلول‌های مغزی مشابه را برای بیش از یک ماه دنبال کند و آنها را حتی در شدیدترین فعالیت‌ها، مانند پرش‌های مکرر از یک برج 22 سانتی‌متری، در کانون توجه نگه دارد. Mini2P می تواند مناطق مختلف و عملکردهای ذهنی را در سراسر قشر مغز کشف کند.

محققان Mini2P را در مناطق مختلف مغز، مانند سیستم ناوبری، مرکز حافظه و ناحیه بینایی آزمایش کرده‌اند. با استفاده از نوعی تکنیک پچ‌ورک لحاف، می‌تواند حتی مناظر عصبی بزرگ‌تر، مانند 10000 سلول مغز در سراسر قشر بینایی را ترسیم کند. همه اندازه‌گیری‌ها در حالی انجام شد که موش آزادانه حرکت می‌کرد و کاری را که به طور معمول انجام می‌داد انجام می‌داد. این به سادگی قبل از Mini2P غیرممکن بود.

قرار دادن Mini2P در برابر نزدیک ترین فناوری های موجود

مینی‌سکوپ‌های 1 فوتونی یک دهه است که وجود دارند. آنها چندین مشکل دارند. وضوح ناکافی است، ممکن است تصویربرداری خیلی کند باشد، نمی‌توانید سطح کانونی را در محور Z جابه‌جا کنید، یا نمی‌توان از آنها برای اکثر قسمت‌های قشر با فعالیت بالا و تراکم سلولی بالا استفاده کرد.

Mini2P امکان ضبط از چندین صفحه در امتداد محور Z را در مقیاس های مختلف از زیرساختار سلول ها مانند شاخه های آکسونی تا نقشه های توپوگرافی ده هزار سلولی را فراهم می کند. تقریبا کل اتاق را اشغال می کند. میکروسکوپ رومیزی مستلزم این است که سر ماوس در جای خود قرار گیرد، که حرکت طبیعی ماوس را محدود می کند. همچنین دسترسی ماوس به دنیای واقعی را با واقعیت مجازی جایگزین می کند. این چیزی شبیه به یک موش نیست که معمولاً تجربه می کند، به این معنی که رفتار آن احتمالاً طبیعی نیز نیست.

از سوی دیگر، Mini2P با وزن 2.4 گرم، دارای یک لیزر فوق‌العاده انعطاف‌پذیر و کابل جمع‌آوری نور است که به ماوس اجازه می‌دهد به همان اندازه آزادانه و پویا حرکت کند، بدون اینکه Mini2P را روی سر خود حمل کند.

Mini2P منبع باز است

می بریت موزر می گوید: “ما معتقدیم Mini2P یک تغییر دهنده بازی است و می خواهیم آن را با دانشمندان علوم اعصاب و آزمایشگاه ها در سراسر جهان به اشتراک بگذاریم.”

او گفت: «میزان داده‌های تحقیقاتی جمع‌آوری‌شده از هر ثبت، ممکن است در کاهش تعداد حیوانات مورد استفاده در تحقیقات نیز نقش داشته باشد.» این ابزار جدید همچنین می تواند نقش مهمی در درک بیماری های مغز ایفا کند.

ادوارد موزر می گوید: «بیماری آلزایمر اغلب با آسیب در قشر آنتورینال شروع می شود. “ما می دانیم که آلزایمر باعث نقص در توانایی جهت یابی و حافظه می شود. اینها عملکردهای مغزی هستند که از همکاری مشترک هزاران سلول مغزی ناشی می شوند.”

او توضیح می‌دهد: «Mini2P با استفاده از گونه‌های موش که ارگانیسم‌های مدلی برای مطالعه بیماری آلزایمر هستند، روشی برای نظارت بر تغییرات دینامیک بین هزاران سلول در موش‌هایی که آزادانه حرکت می‌کنند، ارائه می‌کند. ادوارد موزر می‌گوید: «توانایی برچسب‌گذاری انواع مختلف سلول‌ها ممکن است به ما کمک کند تا تشخیص دهیم کدام سلول‌ها در برابر تغییرات اولیه مرتبط با بیماری آلزایمر آسیب‌پذیر هستند.

Mini2P یک اختراع متن باز است که از موسسه Kavli برای علوم اعصاب سیستم ها در NTNU در تروندهایم در دسترس است. طرح اولیه، لیست خرید و فیلم های آموزشی از GitHub در دسترس هستند. این موسسه همچنین کارگاه های آموزشی را در اواخر سال برگزار خواهد کرد.

این تحقیق در منتشر شد سلول.


نحوه صحبت ناحیه CA1 هیپوکامپ چپ و راست در مغز موش با یکدیگر


اطلاعات بیشتر:
Edvard I. Moser، تصویربرداری کلسیم دو فوتونی در مقیاس بزرگ در موش‌هایی که آزادانه حرکت می‌کنند، سلول (2022). DOI: 10.1016/j.cell.2022.02.017. www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00197-0

Github: github.com/kavli-ntnu/MINI2P_toolbox

اطلاعات مجله:
سلول

ارائه شده توسط دانشگاه علم و صنعت نروژ

نقل قول: یک میکروسکوپ مغز مینیاتوری منبع باز (2022، 18 مارس) در 18 مارس 2022 از https://medicalxpress.com/news/2022-03-open-source-miniature-brain-microscope.html بازیابی شده است.

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به غیر از هرگونه معامله منصفانه به منظور مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوای مذکور فقط به هدف اطلاع رسانی ایجاد شده است.