تابش نور بر روی رشته های عصبی در هم تنیده متراکم در داخل مغز

جداسازی شبکه فیبر عصبی پیچیده مغز با تصویربرداری نور پراکنده (SLI) به راحتی قابل دسترسی است: محققان در دلفت، یولیچ (آلمان) و استنفورد (ایالات متحده آمریکا) با موفقیت پراکندگی نور و اشعه ایکس را با MRI ترکیب کردند تا مسیرهای فیبر عصبی را تشخیص دهند. همچنین در مناطقی با الیاف بسیار درهم تنیده.

SLI مسیرها را با بالاترین جزئیات نشان می دهد، در حالی که به طور قابل توجهی سریع تر و ارزان تر از تکنیک های اشعه ایکس و MRI است. چنین نقشه برداری دقیق برای درک بهتر نحوه اتصال رشته های عصبی در داخل مغز ضروری است. این مطالعه در مجله منتشر شد eLife.

نواحی مختلف مغز از طریق میلیاردها رشته عصبی به یکدیگر متصل هستند. این ارتباطات برای عملکرد صحیح مغز حیاتی هستند. جست‌وجوی یک نقشه جامع از همه اتصالات عصبی به شدت به تکنیک‌های تصویربرداری بستگی دارد که می‌توانند این فیبرها را از هم جدا کنند، اکثر آنها فقط یک میکرومتر ضخامت دارند.

به خصوص مناطقی با رشته های عصبی فشرده و بسیار در هم تنیده چالش برانگیز هستند. میریام منزل، استادیار دپارتمان فیزیک تصویربرداری TU Delft، تکنیک SLI را برای مطالعه چنین صورت فلکی فیبری توسعه داد:

ما نور را تحت زوایای مختلف از طریق برش‌های مغزی نازک می‌تابانیم و الگوهای پراکندگی حاصل را تجزیه و تحلیل می‌کنیم. ما از نورون‌ها یا سیناپس‌ها عکس نمی‌گیریم، می‌خواهیم بدانیم چگونه سیم‌کشی شده‌اند. این برای درک عملکرد و اختلال عملکرد مغز مهم است. ”

در دسترس تر، ارزان تر و سریع تر

پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک (SAXS) یک روش تثبیت شده در علم مواد برای بررسی چگونگی سازماندهی ساختارهای مختلف با سینکروترون است، در حالی که تصویربرداری تشدید مغناطیسی انتشار (dMRI) یک تکنیک مهم در کلینیک ها برای تجسم عصب سه بعدی است. شبکه فیبر مغز

منزل گفت: “ما اکنون نشان داده‌ایم که داده‌های SLI با داده‌های SAXS و dMRI در برش‌های مغزی بررسی‌شده مطابقت دارند، اما SLI وضوح بالاتری نسبت به dMRI ارائه می‌دهد و در دسترس‌تر، ارزان‌تر و سریع‌تر از سایر تکنیک‌ها است. این یک نقطه عطف مهم است.” می گوید. ما می‌توانیم اندازه‌گیری‌های SLI را با یک منبع نور LED ساده و دوربین تنها در چند ثانیه انجام دهیم، که نه به یک سینکروترون چند میلیونی نیاز دارد و نه به یک اسکنر MRI. ”

وضوح میکروسکوپی

Menzel در چند سال گذشته روی تکنیک SLI کار کرده است، ابتدا در Julich و اکنون در Delft. او همچنین آن را در استنفورد اجرا کرد، جایی که همکارانش اندازه‌گیری‌های SAXS و dMRI را بر روی نمونه‌های مغزی که با SLI نیز تصویربرداری شده بودند، انجام دادند.

منزل توضیح می‌دهد: «بیشتر تکنیک‌های تصویربرداری برای تشخیص مسیرهای فردی در ساختارهای متراکم مغز که حاوی بسیاری از رشته‌های عصبی درهم‌تنیده یا در هم تنیده هستند، تلاش می‌کنند. SLI نقشه های جهت گیری فیبر را با وضوح میکروسکوپی در این مناطق متراکم ارائه می کند. جهت گیری های فیبر دو بعدی (“در صفحه”) با دقت بسیار بالایی تشخیص داده شد.

Menzel می گوید: “بودن در دلفت فرصت های هیجان انگیزی را برای توسعه بیشتر تکنیک و کار بر روی برنامه های جدید به ارمغان می آورد.” این تیم قصد دارد SLI را برای سایر انواع فیبرها مانند فیبرهای عضلانی و کلاژن نیز اعمال کند و ناحیه بافتی قابل مطالعه را بزرگتر کند. هدف توسعه یک سیستم کوچک و قابل حمل است که به راحتی می تواند در آزمایشگاه های دیگر مستقر شود. ما امیدواریم در درازمدت بتوانیم این تکنیک را در کلینیک ها نیز اعمال کنیم.»