Forscher haben neu definiert, wie Licht ins Gehirn gelangt, und eine neue Bildgebungsplattform geschaffen, die die elektrische Aktivität von fast 200 Neuronen gleichzeitig mit Rekordgeschwindigkeiten und -tiefen verfolgen kann. Die Technologie namens FlatMux wurde von einem Team der Rockefeller University entwickelt und in Nature Methods veröffentlicht.
Die Forschung
Unter der Leitung von Alipasha Vaziri, Leiter des Laboratory of Neurotechnology and Biophysics an der Rockefeller, entwickelte das Team eine Zwei-Photonen-Spannungsbildgebungsplattform, die elektrische Signale von Neuronen im lebenden Hirngewebe in Echtzeit erfasst. Herkömmliche Methoden wie die Kalziumbildgebung sind langsam und indirekt, da sie Kalziumwellen statt der eigentlichen elektrischen Impulse messen. FlatMux überwindet dies durch den Einsatz genetisch codierter Spannungsindikatoren (GEVIs), die als Reaktion auf Spannungsänderungen fluoreszieren und so eine direkte Messung der neuronalen Aktivität ermöglichen.
Die entscheidende Innovation liegt in der Lichtzufuhr. Statt mechanischem Laserscannen, das Kompromisse zwischen Laserleistung, Gewebeerwärmung und Signalempfindlichkeit erfordert, nutzt FlatMux einen optischen Resonator, um einen Laserstrahl in präzise getaktete Pulse aufzuteilen. Dies liefert 150 Millionen Abtastungen pro Sekunde über die Probe, minimiert die Erwärmung und maximiert die Photonenausbeute pro Neuron. Das Ergebnis: Bildraten von bis zu 2.000 Hz in Tiefen von 500 Mikrometern, wobei fast 200 Neuronen in einer oder mehreren kortikalen Schichten bei wachen, fixierten Mäusen aufgezeichnet werden.
Das System kann sogar unterschwellige synaptische Signale erfassen – schwache Spannungsschwankungen vor Aktionspotenzialen – und ermöglicht es Forschern, funktionelle Konnektivität zu kartieren und parallele Berechnungen in neuronalen Netzwerken zu beobachten, während Tiere sensorisches Verhalten zeigen.
Warum es wichtig ist
Diese Technologie eröffnet ein neues Fenster in die Informationsverarbeitung des Gehirns. Durch die gleichzeitige Beobachtung der elektrischen Aktivität vieler Neuronen können Wissenschaftler verstehen, wie Kognition aus verteilten Netzwerken und nicht aus einzelnen Neuronen entsteht. Für alle, die neugierig auf ihr eigenes Gehirn sind, unterstreicht diese Forschung, dass unsere kognitiven Fähigkeiten – Aufmerksamkeit, Gedächtnis, Entscheidungsfindung – von schneller, koordinierter Aktivität in Millionen von Zellen abhängen. Werkzeuge wie FlatMux könnten letztlich zu besseren Diagnosen für neurologische Erkrankungen führen, bei denen die Netzwerkkommunikation gestört ist, wie Epilepsie oder Alzheimer.
Was Sie tun können
Obwohl Sie zu Hause kein FlatMux bauen können, können Sie Ihr Gehirnnetzwerk durch kognitiv anregende Aktivitäten unterstützen. Fordern Sie Ihre neuronalen Schaltkreise mit Rätseln heraus, lernen Sie eine neue Fähigkeit oder machen Sie unseren kostenlosen adaptiven IQ-Test, um eine Ausgangsbasis Ihrer kognitiven Stärken zu erhalten. Regelmäßiges Gehirntraining kann helfen, die Geschwindigkeit und Effizienz Ihrer neuronalen Verbindungen zu erhalten.
Quelle: Neuroscience News
Neugierig auf Ihr eigenes Gehirn? Machen Sie unseren kostenlosen adaptiven IQ-Test oder probieren Sie 306 Gehirntrainingsstufen.
