...

Niewielkie urządzenie, wielkie możliwości

Grupie naukowców z całego świata udało się opracować innowacyjne urządzenie umożliwiające równoczesną rejestrację aktywności wielu neuronów. Jest to niewielka sonda, która wszczepiona do mózgu pozwala na otrzymywanie obrazu cyfrowego jego wnętrza na bardzo wysokim poziomie rozdzielczości.

W ubiegłym miesiącu w prestiżowym czasopiśmie Nature opublikowany został artykuł, w którym opisano innowacyjne narzędzie elektroniki – sondę o nazwie “Neuropixels”. Urządzenie to opracowane zostało przez grupy naukowców z instytutów badawczych na całym świecie zaangażowanych we wspólny projekt. Odkrycie to jest przełomowe i prawdopodobnie doprowadzi do rewolucji w dziedzinie neurologii. Opracowana sonda pozwala bowiem na rejestrację aktywności kilkuset neuronów jednocześnie, a przy tym możliwe jest otrzymanie nagrania na bardzo wysokim poziomie rozdzielczości, który wcześniej był nieosiągalny.

Urządzenie stosowane dotychczas, czyli elektrody drutowe, pozwalały  na równoczesne badanie aktywności jedynie kilkudziesięciu komórek nerwowych, a neurony rozpatrywane były jako całość. W porównaniu do swoich poprzedników nowo odkryta sonda “Neuropixels” składa się z elektrody, na której gęsto upakowane są kanały zapisu, umożliwiające rejestrację działalności wielu neuronów. Ponadto możliwa jest separacja poszczególnych części komórek nerwowych, czyli badanie procesów zachodzących w ciałach komórkowych, dendrytach i aksonach. Elektroda ta zakończona jest dodatkowo specjalnym trzonem. Jego zadaniem jest wzmocnienie sygnałów o napięciu rzędu kilku miliwoltów oraz ich digitalizacja, czyli zmiana informacji analogowej na jej cyfrową projekcję. Obecność tych dwóch elementów w jednym urządzeniu pozwala również na wyeliminowanie zakłóceń elektrycznych, które wpływały negatywnie na jakość oraz zmniejszały dokładność wcześniejszych pomiarów.

Zastosowanie sondy “Neuropixels” umożliwia wykonywanie znacznie bardziej precyzyjnych pomiarów, a także zwiększa rozdzielczość rejestrowanych aktywności elektrycznych. Odkryte urządzenie pozwala więc naukowcom nie tylko na mierzenie większej liczby neuronów w jednym czasie, ale także na uzyskanie wyników znacznie lepszej jakości. Dane pochodzące z eksperymentów, w których wykorzystano sondę są tym samym znacznie bardziej miarodajne i mogą być wykorzystywane na większą skalę.

Jeden z autorów, Prof. Matteo Carandini, powiedział: “Aby zrozumieć w jaki sposób funkcjonuje mózg, trzeba najpierw uświadomić sobie jak wiele neuronów współpracuje ze sobą. Do niedawna możliwe było jedynie mierzenie aktywności poszczególnych komórek nerwowych w określonym miejscu, bądź też rejestrowanie aktywności obszarów neuronalnych w różnych obszarach mózgu, jednakże nie w tym samym czasie. Odkryte przez nas sondy są wyjątkowe. Ich precyzyjne umieszczenie umożliwia bowiem dokładne odwzorowanie tego co dzieje się w różnych regionach mózgu w czasie jednego pomiaru.”

Opracowana sonda jest niewielkich rozmiarów – jej długość to zaledwie 10 mm, a szerokość jest mniejsza od grubości włosa. Taki wymiar jest jednak wystarczający, aby badać obszary mózgu położone w jego głębszych strukturach. Dodatkowo jej precyzyjne umieszczenie pozwala na mierzenie aktywności neuronów zlokalizowanych w różnych warstwach ośrodkowego układu nerwowego. Pomiary wykorzystujące to urządzenie pokazują więc międzyneuronalne interakcje, jakie mają miejsce podczas wykonywania danej pracy umysłowej.

Główny autor publikacji, Dr Timothy Harris, powiedział w jednym z wywiadów: “Każda podejmowana decyzja bądź wykonywanie czynności wymaga współdziałania ze sobą wielu neuronów. Opracowana przez nas innowacyjna technologia umożliwia jednoczesną obserwację aktywności wielu komórek ulokowanych w różnych obszarach mózgu. Zrozumienie funkcjonowania mózgu przy zastosowaniu tego urządzenia powinno więc być znacznie łatwiejsze”.

W opublikowanym artykule przedstawione zostały pomiary aktywności 700 neuronów znajdujących się w pięciu strukturach mózgu myszy. Naukowcy wskazują również na przydatność tego urządzenia w eksperymentach długoterminowych. Tylko takie badania pozwalają bowiem dokładnie określić zmiany w mózgu warunkowane zdobytymi wcześniej doświadczeniami oraz wyuczonymi czynnościami. Możliwość długoterminowej rejestracji jest także bardzo ważna w przypadku analizowania skutków neurodegeneracji mózgu, które powstają w przebiegu wielu chorób o podłożu neurologicznym.

Grupy badawcze zaangażowane we wspólny projekt chcą, aby opracowane przez nich urządzenie trafiło do wszystkich jednostek naukowych na świecie. Naukowcy są bowiem przekonani, że to urządzenie o bardzo niewielkich rozmiarach pozwoli innym na odkrywanie kolejnych istotnych faktów z zakresu funkcjonowania mózgu oraz na rewolucję w dziedzinie neurologii. Długoterminowe badania mogą dać również podstawy do opracowania bardziej skutecznych metod leczenia chorób ośrodkowego układu nerwowego.

Bibliografia

Matteo Carandini, Kenneth D. Harris, Christof Koch, Timothy D. Harris et. al., Fully integrated silicon probes for high-density recording of neural activity, Nature, 2017

Udostępnij:
Facebook
Twitter
LinkedIn

Ostatnie wpisy:

Podziel się opinią!

polecane wpisy:

Hirudoterapia – sposób na migenę?

Nie masz dostępu do tych treści Wygląda na to, że nie masz rangi Czytelnik, aby ją otrzymać zaloguj się klikając na przycisk poniżej. Przejdź do logowania Nie masz jeszcze konta? Dołącz do nas! Logowanie

Dzieci powinny czytać

W młodym wieku zachodzą kluczowe procesy plastyczności neuronalnej, które są istotne dla rozwoju mózgu. Dlatego warto wspierać u dzieci zachowania kształtujące ich rozwój, ponieważ mogą okazać się korzystne w dorosłym życiu. Przykładem takiego zachowania jest czytanie książek, czyli jedna z...

Archiwum: