I ricercatori hanno sviluppato un microscopio in miniatura montato sulla testa che può essere utilizzato per l'attività di immagine dall'intera parte esterna del cervello, o corteccia, nei topi che si comportano liberamente. Quando combinato con teschi trasparenti impiantabili, il nuovo microscopio può catturare l'attività cerebrale dei topi per più di 300 giorni.

I topi sono spesso usati per studiare il cervello perché hanno molte delle stesse strutture cerebrali e connettività degli umani. Il nuovo microscopio, noto come mini-mScope, offre un nuovo importante strumento per studiare come l'attività neurale da più regioni della corteccia contribuisce al comportamento, cognizione e percezione.

Mathew L. Rynes dell'Università del Minnesota, Città gemelle, Gli USA presenteranno la ricerca all'OSA Biophotonics Congress:Optics in the Life Sciences, tutto virtuale del 2021, che si terrà dal 12 al 16 aprile. Daniel Surinach ha co-diretto lo studio. La presentazione è prevista per giovedì, 15 aprile alle 10:00 PDT (UTC-07:00).

Sebbene gli scienziati abbiano fatto molti progressi nella comprensione di come l'attività neurale in regioni specifiche della corteccia cerebrale contribuisca al comportamento, è stato difficile studiare l'attività di più regioni corticali contemporaneamente. Per i topi, anche il semplice compito di spostare un singolo baffo in risposta a uno stimolo comporta l'elaborazione di informazioni in diverse aree corticali.

"Il mini-mScope consente di visualizzare la maggior parte della corteccia dorsale durante comportamenti liberi e sfrenati, " ha detto Rynes. "Questo potrebbe consentire ai neuroscienziati di studiare il cervello durante comportamenti complessi in modo olistico, o per capire come interagiscono le regioni corticali durante i comportamenti. Questo apre la ricerca alla comprensione di come la connettività cambia negli stati di malattia, trauma cranico o dipendenza”.

Il nuovo mini-mScope è un microscopio a fluorescenza che può essere utilizzato per l'imaging del calcio, una tecnica comunemente usata per monitorare l'attività elettrica del cervello. Il dispositivo montato sulla testa acquisisce immagini a livello quasi cellulare, rendendo possibile studiare le connessioni tra le regioni attraverso la corteccia.

I ricercatori hanno creato il microscopio miniaturizzato utilizzando LED per l'illuminazione, obiettivi in ​​miniatura per la messa a fuoco e una fotocamera sCMOS per l'acquisizione di immagini. Include magneti ad incastro che consentono di fissarlo facilmente a morfologicamente realistici, Teschi polimerici trasparenti stampati in 3D noti come See-Shells che i ricercatori hanno sviluppato in precedenza. Quando impiantato nei topi, i See-Shells creano una finestra attraverso la quale è possibile eseguire la microscopia a lungo termine. In precedenti esperimenti, i topi hanno vissuto con See-Shells impiantati per un massimo di un anno.

Hanno dimostrato il mini-mScope utilizzandolo per visualizzare l'attività cerebrale del topo in risposta a uno stimolo visivo all'occhio destro, uno stimolo vibrazionale all'arto posteriore destro e uno stimolo somatosensoriale presentato al baffo destro. Hanno anche creato mappe di connettività funzionale del cervello mentre un topo che indossava il microscopio montato sulla testa interagiva con un altro topo. Hanno visto che la connettività intracorticale aumentava quando il topo si impegnava in comportamenti sociali.

"Il nostro team sta creando una suite di strumenti che ci consentirà di accedere e interfacciarci con ampie parti della corteccia ad alta risoluzione spaziale e temporale, " ha detto Rynes. "Questo studio mostra che il mini-mScope può essere utilizzato per studiare la connettività funzionale nei topi che si comportano liberamente, rendendolo un contributo importante a questo toolkit."

I ricercatori stanno ora utilizzando il mini-mScope per studiare come cambia la connettività corticale in una varietà di paradigmi comportamentali, come esplorare uno spazio nuovo. Stanno anche lavorando con i collaboratori per utilizzare il mini-mScope per studiare come viene alterata l'attività corticale quando i topi imparano compiti motori difficili.