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.
