במוח האנושי יש מיליארדי נוירונים. בעבודה משותפת, הם מאפשרים תפקודים מוחיים מסדר גבוה כמו קוגניציה והתנהגויות מורכבות. כדי לחקור את תפקודי המוח הללו מסדר גבוה יותר, חשוב להבין כיצד פעילות עצבית מתואמת על פני אזורי מוח שונים. למרות שטכניקות כגון הדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית (fMRI) מסוגלות לספק תובנות לגבי פעילות המוח, הן יכולות להראות רק כל כך הרבה מידע עבור זמן ואזור נתון. מיקרוסקופיה דו-פוטונים הכוללת שימוש בחלונות גולגולת היא כלי רב עוצמה להפקת תמונות ברזולוציה גבוהה אך חלונות גולגולת קונבנציונליים קטנים, מה שמקשה על חקר אזורי מוח מרוחקים בו-זמנית.
כעת, צוות חוקרים בראשות מרכז המחקר החקר על מערכות חיים ומערכות חיים (ExCELLS) והמכון הלאומי למדעי הפיזיולוגיה (NIPS) הציגו שיטה חדשה להדמיית מוח in vivo, המאפשרת תצפית בקנה מידה גדול ולטווח ארוך. של מבנים ופעילויות נוירונים בעכברים ערים. שיטה זו נקראת שיטת "ננו-sheet incorporated into light resinable resin" (NIRE), והיא משתמשת ביריעות ננו-פלואורופולימר המכוסות בשרף הניתן לריפוי באור כדי ליצור חלונות גולגולתיים גדולים יותר.
שיטת NIRE עדיפה על שיטות קודמות משום שהיא מייצרת חלונות גולגולתיים גדולים יותר ממה שהיה אפשרי בעבר, המשתרעים מקליפת המוח הקודקודית ועד למוח הקטן, תוך שימוש ב-nano-sheet התואם ביו ושרף שקוף הניתן לריפוי באור שמשתנה בצורתו מנוזל למוצק.
Taiga Takahashi, הכותבת הראשית של אוניברסיטת טוקיו למדע ו-ExCELLS
בשיטת NIRE, שרף הניתן לריפוי אור משמש לקיבוע CYTOP (PEO-CYTOP) מצופה פוליאתילן-אוקסיד, ננו-יריעה ביו-אינרטית ושקופה, על פני המוח. זה יוצר "חלון" המתאים בחוזקה על פני המוח, אפילו על פני השטח המעוקלים מאוד של המוח הקטן, ושומר על שקיפותו לאורך זמן עם מעט מתח מכני, מה שמאפשר לחוקרים לצפות באזורי מוח מרובים של עכברים חיים.
"בנוסף, הראינו שהשילוב של ננו-יריעות PEO-CYTOP ושרף הניתן לריפוי אור אפשרו יצירת חלונות גולגולתיים חזקים יותר עם שקיפות רבה יותר לפרקי זמן ארוכים יותר בהשוואה לשיטה הקודמת שלנו. כתוצאה מכך, היו מעט חפצי תנועה, ש הוא, עיוותים בתמונות הנגרמים על ידי תנועות של עכברים ערים", אומר טקהאשי.
החלונות הגולגולתיים אפשרו הדמיה ברזולוציה גבוהה ברזולוציה תת-מיקרומטרית, מה שהופך אותם למתאימים לצפייה במורפולוגיה ובפעילות של מבנים עצביים עדינים.
"חשוב לציין, ששיטת NIRE מאפשרת לבצע הדמיה לתקופה ארוכה יותר של יותר מ-6 חודשים עם השפעה מינימלית על השקיפות. הדבר אמור לאפשר מחקר ארוך טווח על נוירופלסטיות ברמות שונות – מרמת הרשת ועד רמת התא, כמו גם במהלך התבגרות, למידה וניוון עצבי", מסביר הסופר המקביל Tomomi Nemoto ב-ExCELLS ו-NIPS.
מחקר זה הוא הישג משמעותי בתחום הדמיה עצבית מכיוון ששיטה חדשנית זו מספקת כלי רב עוצמה לחוקרים לחקור תהליכים עצביים שבעבר היה קשה או בלתי אפשרי לצפות בהם. באופן ספציפי, היכולת של שיטת NIRE ליצור חלונות גולגולתיים גדולים עם שקיפות ממושכת ופחות חפצי תנועה אמורה לאפשר קנה מידה גדול, ארוך טווח ורב קנה מידה in vivo הדמיית מוח.
"השיטה טומנת בחובה הבטחה לפיתוח המסתורין של תהליכים עצביים הקשורים לצמיחה והתפתחות, למידה והפרעות נוירולוגיות. יישומים פוטנציאליים כוללים חקירות של קידוד אוכלוסיה עצבית, שיפוץ מעגלים עצביים ותפקודי מוח מסדר גבוה יותר התלויות בפעילות מתואמת בהיקף נרחב. אזורים מבוזרים", אומר נמוטו.
לסיכום, שיטת NIRE מספקת פלטפורמה לחקירת שינויים נוירופלסטיים ברמות שונות על פני תקופות ממושכות בבעלי חיים ערים ועוסקים בהתנהגויות שונות, מה שמציג הזדמנויות חדשות לשיפור ההבנה שלנו לגבי מורכבות המוח ותפקודו.
