I gruppi di ricerca guidati dal Prof. Bi Guoqiang, Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC), e dal Prof. Zhou Pengcheng dello Shenzhen Institutes of Advanced Technology dell'Accademia Cinese dei Cinesi hanno proposto un progetto per microscopi a fluorescenza ultracompatti montati sulla testa, che sono stati applicati alle osservazioni neurologiche. Lo studio è stato pubblicato sulla National Science Review .

I microscopi montati sulla testa vengono applicati per l'imaging del calcio negli animali che si comportano liberamente. Tuttavia, i vincoli di spazio e peso rimangono una barriera. In questo studio, i ricercatori hanno proposto un microscopio per imaging neuronale strettamente integrato (TINIscope) con design ottici, elettronici e meccanici ottimizzati. Con un peso di 0,43 g, TINIscope è il più leggero tra gli attuali microscopi montati sulla testa. Grazie alla sua compattezza, il TINIscope è in grado di eseguire l'imaging del calcio multiregione.

Invece di utilizzare un chip serializzatore, il sensore di immagine trasmette direttamente i dati serializzati, riducendo così gran parte delle dimensioni. Anche alcuni altri componenti furono tagliati, lasciando solo le parti essenziali. Il sensore ristretto ha consentito un design di illuminazione ottimizzato per ridurre ulteriormente la distanza tra i componenti ottici.

TINIscope ha applicato un design innovativo con il posizionamento del sensore CMOS sul lato e l'eccitazione del LED sulla parte superiore. Con gli specchi dicroici applicati per riflettere la fluorescenza delle emissioni sui sensori, è possibile ruotare più TINIscopi per distribuire spazialmente i loro sensori. Pertanto, è stato raggiunto l'imaging multiregione. Infine, è stato sviluppato un commutatore per prevenire l'impigliamento causato dal movimento del mouse.

Nell'esperimento è stata applicata la proteina fluorescente sensibile al calcio GCaMP6s e a ciascuna delle quattro sottoregioni dell'ippocampo di un topo è stata impiantata una lente GRIN. Si è scoperto che l'attrezzatura del TINIscope non ha avuto alcun impatto evidente sul comportamento dei topi.

Sono stati quindi condotti un test del labirinto a T e un test in un'arena a campo aperto modificato, ed è stata utilizzata l'analisi delle informazioni reciproche per identificare i neuroni che mostravano una sintonizzazione spaziale. I risultati hanno mostrato che le regioni registrate contenevano tutte neuroni sintonizzati spazialmente con una proporzione di circa il 20%.

Sfruttando la compattezza del TINIscope, altri moduli potrebbero essere combinati per raggiungere esperimenti multimodali. I ricercatori hanno integrato il TINIscope con la stimolazione optogenetica e la stimolazione elettrica e hanno registrato i neuroni che rispondevano alle stimolazioni.

È stata effettuata anche l'imaging del calcio insieme alle registrazioni degli elettrodi nella stessa regione del cervello, che è stata in grado di rilevare forme d'onda distinte che si propagavano nell'ippocampo, come increspature di onde acute.

Ulteriori informazioni: Feng Xue et al, Imaging multiregione del calcio in topi che si comportano liberamente con microscopi a fluorescenza ultracompatti montati sulla testa, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad294

Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina