Ninguna neurona produce un pensamiento o un comportamiento; todo lo que el cerebro logra es un vasto esfuerzo de colaboración entre las células. Cuando están en el trabajo, las neuronas se comunican rápidamente entre sí, formando redes mientras se comunican. Los investigadores dirigidos por Alipash Vaziri de la Universidad Rockefeller se están desarrollandotecnología que permitiría registrar la actividad cerebral a medida que se desarrolla en estas redes.
En una investigación publicada el 31 de octubre en Métodos de la naturaleza , registraron la actividad de miles de neuronas en capas dentro de secciones tridimensionales del cerebro mientras se señalaban entre sí en un ratón vivo.
"El objetivo final de nuestro trabajo es investigar cómo un gran número de neuronas interconectadas en todo el cerebro interactúan en tiempo real y cómo su dinámica conduce al comportamiento", dice Vaziri, profesor asociado y jefe del Laboratorio de Neurotecnología y Biofísica ".Al desarrollar un nuevo método basado en 'esculpir la luz' y usarlo para capturar la actividad de la mayoría de las neuronas dentro de una gran parte de la corteza, una estructura cerebral en capas involucrada, entre otras, en la función cerebral superior, hemos dado un paso significativoen esta dirección."
Este tipo de grabación presenta un desafío técnico considerable porque requiere herramientas capaces de capturar eventos de corta duración dentro de las células individuales, todo mientras se observan grandes volúmenes de tejido cerebral.
Vaziri, quien se unió a Rockefeller el año pasado, comenzó a trabajar hacia este objetivo hace unos seis años mientras estaba en el Instituto de Investigación de Patología Molecular en Viena. Su grupo logró desarrollar un enfoque basado en un microscopio óptico para observar la actividad dentro de un total de 302-neuron roundworm brain, antes de pasar al órgano de 100.000 neuronas de un pez cebra larval. Su próximo objetivo, el cerebro del ratón, es más desafiante por dos razones: no solo es más complejo, con aproximadamente 70 millones de neuronas, sino el roedorel cerebro también es opaco, a diferencia del gusano más transparente y los cerebros de larvas de peces.
Para hacer visible la actividad de las neuronas, tuvieron que modificarse. Los investigadores diseñaron los ratones para que sus neuronas pudieran emitir luz fluorescente cuando se señalan entre sí. Cuanto más fuerte es la señal, más brillantes brillan las células.
El sistema de microscopía que desarrollaron tenía que cumplir con las demandas de la competencia: necesitaba generar una mancha de forma esférica, un poco más pequeña que las neuronas y capaz de excitar eficientemente la fluorescencia de ellas. Mientras tanto, también tenía que moverse lo suficientemente rápido para escanear la actividad demiles de estas celdas en tres dimensiones, ya que se disparan en tiempo real.
El equipo logró esto usando una técnica llamada "escultura de luz", en la cual pulsos cortos de luz láser, cada uno de los cuales dura solo una cuadrillonésima parte de un segundo, se dispersan en sus componentes coloreados. Estos se vuelven a unir para generar el "esculpido""esfera de excitación.
Esta esfera se escanea para iluminar las neuronas dentro de un plano, luego se reenfoca en otra capa de neuronas arriba o abajo, permitiendo que las señales neuronales se registren en tres dimensiones. Esto se hizo mientras la cabeza del ratón estaba inmovilizada, pero sus patas estaban inmovilizadaslibre para correr en una cinta de correr personalizada.
De esta manera, Vaziri y sus colegas registraron la actividad dentro de un octavo de un milímetro cúbico de la corteza, del cerebro del animal, un volumen que representa la mayoría de una unidad conocida como columna cortical. Al capturar y analizar simultáneamenteLa actividad dinámica de las neuronas dentro de una columna cortical Los investigadores piensan que podrían entender la computación cerebral en su conjunto. En este caso, la sección de la corteza estudiada es responsable de planificar el movimiento.
Los investigadores están trabajando actualmente para capturar la actividad de una unidad de este tipo.
"El progreso en la neurociencia, y muchas otras áreas de la biología, está limitado por las herramientas disponibles", dice Vaziri. "Al desarrollar técnicas de imágenes cada vez más rápidas y de mayor resolución, esperamos poder impulsar el estudio del cerebro ennuevas fronteras."
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Materiales proporcionado por Universidad Rockefeller . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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