Новый микроскоп позволяет визуализировать нейрососудистое взаимодействие по всей коре головного мозга у мышей в состоянии бодрствования.

от

Нейрососудистое взаимодействие (НВИ)

Нейрососудистое взаимодействие (НВИ) — это динамическая регуляция мозгового кровотока в ответ на нейронную активность. Когда нейроны активируются, близлежащие кровеносные сосуды расширяются, чтобы увеличить приток крови, тем самым удовлетворяя повышенные энергетические потребности, связанные с нейронной активностью.

НВИ имеет важное значение для поддержания нормальной функции мозга и играет решающую роль в неинвазивных интерфейсах «мозг-компьютер» (ИМК), таких как системы управления роботизированными руками или курсорами.

Ограничения существующих технологий

К сожалению, традиционные технологии имеют ограниченный диапазон обнаружения или недостаточное пространственно-временное разрешение для высокоточного анализа динамических изменений в нейронах и сосудах по всей коре, что препятствует исследованиям потенциала НВИ.

Инновационный микроскоп

В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, группа учёных под руководством профессоров Чжэн Хайронга, Лю Чэнбо и Чжэн Вэя из Шэньчжэньского института передовых технологий Китайской академии наук представляет гибридный микроскоп на основе линейного преобразователя-матрицы (LiTA-HM), который позволяет одновременно, динамично и с высоким разрешением визуализировать активность нейронов и микрососудистое поведение по всей коре головного мозга у мышей в состоянии бодрствования.

Исследователи разработали высокоскоростную систему полигонального сканирования для оптико-разрешающей фотоакустической микроскопии, которая значительно увеличивает скорость визуализации при сохранении стабильности системы. Эта система вместе с оптимизированными оптическими путями, обеспечивающими равномерное разрешение в 6 мкм на расстоянии 6,5 мм и на плоской плоскости визуализации, закладывает основу для высокоразрешающей, быстрой мультимодальной визуализации.

Для расширения поля зрения при визуализации LiTA-HM оснащён 8-канальной матрицей преобразователей с диапазоном обнаружения 6 мм при сохранении высокой чувствительности. Важно, что такая конструкция позволяет полигональному сканеру работать в воздухе, устраняя помехи от ультразвуковых сред сопряжения без ущерба для его скорости или механической стабильности.

Для повышения производительности LiTA-HM исследователи разработали новый алгоритм реконструкции изображений, который использует средневзвешенное значение и адаптивную полосовую фильтрацию. Алгоритм эффективно подавляет артефакты, вызванные преобразователем, и значительно улучшает отношение сигнал/шум.

Благодаря сочетанию методов визуализации и техническим инновациям LiTA-HM обеспечивает высокоскоростную визуализацию с большим полем зрения нейрососудистой активности у мышей в состоянии бодрствования. Он фиксирует капиллярные сосудистые сети и детали одиночных нейронов по всей коре, достигая пространственного разрешения в 6 мкм на поле зрения размером 6 мм × 5 мм со скоростью 1,25 кадра в секунду. Эта возможность позволяет в режиме реального времени отслеживать динамику нейрососудистого взаимодействия по всей коре.

Используя LiTA-HM, исследователи успешно провели эксперименты на мышах в состоянии бодрствования в моделях заболеваний мозга и функциональной визуализации, подчеркнув потенциал технологии для продвижения исследований мозга и её практического применения. Система LiTA-HM предоставляет новый инструмент для неинвазивного сбора данных ИМК.

Предоставлено Китайской академией наук.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте

Оставьте комментарий