头戴显微镜带来前所未有的小鼠的神经活动的观点

微型显微镜相连住老鼠的头使研究者获得重要见解复杂行为背后的神经通路。现在,研究人员报告的新一代头戴显微镜,实现视场的约4毫米直径(毫米),一个数量级大于之前的设计而体重显著减少。

研究人员展示了显微镜的功能通过记录成千上万的神经元的活动在四个自由移动的老鼠。约瑟夫·r·谢勒来自麻省理工学院的视神经节将详细介绍新的研究的Biophotonics国会被关押在温哥华,不列颠哥伦比亚省2023年4月和在线汽车出行。谢乐讲座定在4月24日在14:15-14:30 PDT (UTC-07:00)。

“神经科学的一个主要目标是理解思想和行为协调活动产生的大量的神经元。虽然最近的新工具来记录成千上万的神经元,这种增加是有代价的;神经科学家使用这些工具仅限于研究自然和简单的行为head-restrained动物,”谢勒说。

“我们的新光学设计克服了这一限制,允许科学家做出同样的大规模观察神经活动,但在自由移动的动物表演自然和复杂的行为。最终,它是不受限制的研究这些复杂的行为,将是至关重要的了解我们自己的大脑产生丰富的人类行为”。

一个更广泛的大脑活动窗口

虽然科学家们可以使用各种方法来追踪大脑活动在实验室的动物是固定在一个位置,头戴显微镜是唯一有价值的学习行为,包括运动,如社会互动和导航。然而,现有的头盔显微镜老鼠等小动物仅限于不到一毫米的视野,限制的神经元数量最多可以同时被记录到数百。

拥有更大的视野是重要的发现复杂的行为背后的神经基础,涉及大量神经元在大脑的不同区域合作。除了大的视野,新设备明显比以前轻戴显微镜在1.4克,允许它用于更长不阻碍运动。

的利益轻设备允许研究小组使用多个显微镜在同一动物形象更多跨多个脑区神经元或脊髓。

为此,研究人员使用一种光波导和耦合棱镜介绍激发的光,而不是以前使用的二向色滤设计。这减少了尺寸和重量的照明选择,允许研究人员使用尖端镜头组件为智能手机设计的相机。与先前试图实现一个更大的视野,牺牲分辨率在这个过程中,新的设计有足够的分辨率来区分单个神经元在整个视野。

跟踪千神经元

研究小组同时展示了新的显微镜记录超过一千个神经元在多个自由移动的老鼠。通过测量通过神经元钙复合物的运动,他们能够解码鼠标的位置在一个迷宫和量化的位置信息包含在大脑的不同区域。

使用微型荧光珠来评估图像分辨率,研究人员表明,显微镜的分辨率四微米(μm)的中心视野和五μm边缘。与现有的头盔显微镜相比,神经元soma通常摄入10微米直径,使分辨率足够解决单个神经元和区分。

研究人员表示,新显微镜可以帮助科学家们开发和测试计算模型的认知神经人口众多和多个脑区之间。因为有实质性的变化如何戴显微镜工作从老鼠到老鼠,他们指出,未来的改进外科技术用于连接显微镜可以帮助减少可变性和进一步改善结果。

“我们正在努力让这些工具广泛用于神经科学家为低成本、交钥匙系统,”谢勒说。“在未来设计迭代,我们希望将其他最新研究微型光学技术将进一步提高性能。