Kính hiển vi tốc độ cao có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về chứng tự kỷ, tâm thần phân liệt
Giờ đây, các nhà khoa học thần kinh tại Đại học California, Los Angeles (UCLA) đã hợp tác với các nhà vật lý để phát triển một kính hiển vi tốc độ cực cao, không xâm lấn, có thể ngay lập tức ghi lại sự bắn ra của hàng nghìn tế bào thần kinh trong não khi chúng giao tiếp - hoặc trong những trường hợp này - giao tiếp sai với nhau.
“Theo quan điểm của chúng tôi, đây là kính hiển vi kích thích hai photon nhanh nhất thế giới cho hình ảnh ba chiều in vivo,” giáo sư vật lý của UCLA, Tiến sĩ Katsushi Arisaka, người đã phát triển hệ thống hình ảnh quang học cùng với Tiến sĩ Carlos Portera-Cailliau, trợ lý giáo sư của UCLA cho biết của thần kinh học và sinh học thần kinh, và các đồng nghiệp.
Vì các bệnh tâm thần kinh như tự kỷ, tâm thần phân liệt và chậm phát triển trí tuệ thường không gây ra bất kỳ tổn thương não thể chất nào, chúng được cho là do các vấn đề về độ dẫn điện - các tế bào thần kinh không hoạt động đúng cách. Portera-Cailliau cho biết, các tế bào bình thường có các mô hình hoạt động điện, nhưng hoạt động không đều của tế bào nói chung không tạo ra thông tin hữu ích mà não có thể sử dụng.
Ông nói: “Một trong những thách thức lớn nhất đối với khoa học thần kinh trong thế kỷ 21 là hiểu cách hàng tỷ tế bào thần kinh hình thành nên não bộ giao tiếp với nhau để tạo ra những hành vi phức tạp.
“Lợi ích cuối cùng từ loại nghiên cứu này sẽ đến từ việc giải mã các mô hình hoạt động rối loạn chức năng giữa các tế bào thần kinh dẫn đến các triệu chứng tàn phá trong nhiều loại rối loạn tâm thần kinh”.
Gần đây, Portera-Cailliau đã sử dụng hình ảnh canxi, một phương pháp trong đó các tế bào thần kinh tiếp nhận thuốc nhuộm huỳnh quang. Khi các tế bào phát hỏa, chúng “nhấp nháy như những ngọn đèn trong cây thông Noel,” ông nói. “Vai trò của chúng tôi bây giờ là giải mã mã mà các tế bào thần kinh sử dụng, mã này được chôn trong các mẫu ánh sáng nhấp nháy đó.”
Tuy nhiên, Portera-Cailliau nói, kỹ thuật đó có những hạn chế của nó.
“Tín hiệu của thuốc nhuộm huỳnh quang dựa trên canxi mà chúng tôi sử dụng mờ dần khi chúng tôi chụp ảnh sâu hơn vào vỏ não. Chúng tôi không thể hình dung tất cả các tế bào, ”ông nói.
Ngoài ra, Portera-Cailliau và nhóm của ông tin rằng họ đang thiếu thông tin quan trọng bởi vì họ không thể nắm bắt một phần đủ lớn của não đủ nhanh để đo lường sự kích hoạt nhóm các tế bào thần kinh riêng lẻ. Đó là yếu tố quan trọng thúc đẩy Arisaka và Adrian Cheng, một trong những sinh viên tốt nghiệp của ông, tìm kiếm một phương pháp ghi lại tế bào thần kinh nhanh hơn.
Kính hiển vi mà họ đã phát triển là kính hiển vi hai photon đa tiêu cự với ghép kênh phát xạ kích thích không gian-thời gian (STEM). Nó là một phiên bản sửa đổi của kính hiển vi quét laser hai photon ghi lại thuốc nhuộm canxi huỳnh quang bên trong tế bào thần kinh, nhưng với chùm tia laser chính bị tách thành bốn chùm nhỏ hơn.
Kỹ thuật này cho phép họ ghi lại các tế bào não nhiều hơn bốn lần so với phiên bản gốc, nhanh hơn bốn lần. Ngoài ra, một chùm tia khác cũng được sử dụng để ghi lại các tế bào thần kinh ở các độ sâu khác nhau bên trong não, tạo cho hình ảnh một hiệu ứng 3-D hoàn toàn mới lạ.
“Hầu hết các máy quay video được thiết kế để chụp một hình ảnh với tốc độ 30 hình / giây. Những gì chúng tôi đã làm là tăng tốc độ đó lên 10 lần lên khoảng 250 hình ảnh mỗi giây, ”Arisaka nói. "Và chúng tôi đang làm việc để làm cho nó nhanh hơn nữa."
Ông nói, kết quả là “một video ba chiều có độ phân giải cao về hoạt động của mạch tế bào thần kinh ở một động vật sống”.
Portera-Cailliau đã gặt hái được những lợi ích của kỹ thuật hình ảnh này trong các nghiên cứu của mình về hội chứng Fragile X, một dạng tự kỷ. Bằng cách sử dụng công nghệ mới này, anh ta có thể so sánh vỏ não của một con chuột bình thường với một con chuột đột biến Fragile X, và chứng kiến sự sai lệch của các tế bào thần kinh trong não Fragile X.
Nghiên cứu có thể được tìm thấy trong ấn bản ngày 9 tháng 1 của tạp chí Phương pháp Tự nhiên.
Nguồn: Đại học California
.jpg)
