Hình ảnh kính hiển vi quang học của ống chân cấy ghép (141 micron cao độ) của một đầu dò thần kinh dạng tấm nhẹ. Ánh sáng được phát ra bởi các lưới nanophotonic trên các ống để tạo thành các tấm ánh sáng. Nguồn: Sacher và cộng sự, doi 10.1117 / 1.NPh.8.2.025003.

Các công cụ cho phép các nhà khoa học thần kinh ghi lại và định lượng hoạt động chức năng bên trong não sống đang có nhu cầu rất lớn. Theo truyền thống, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật như chụp cộng hưởng từ chức năng, nhưng phương pháp này không thể ghi lại hoạt động thần kinh với độ phân giải không gian cao hoặc ở các đối tượng chuyển động. Trong những năm gần đây, một công nghệ được gọi là di truyền quang học đã cho thấy thành công đáng kể trong việc ghi lại hoạt động thần kinh của động vật trong thời gian thực với độ phân giải tế bào thần kinh đơn lẻ. Các công cụ di truyền quang sử dụng ánh sáng để điều khiển tế bào thần kinh và ghi lại tín hiệu trong các mô được biến đổi gen để biểu hiện các protein nhạy cảm với ánh sáng và huỳnh quang. Tuy nhiên, các công nghệ hiện có để hình ảnh tín hiệu ánh sáng từ não có những hạn chế về kích thước, tốc độ hình ảnh hoặc độ tương phản làm hạn chế ứng dụng của chúng trong khoa học thần kinh thực nghiệm.

Một công nghệ được gọi là hình ảnh huỳnh quang tấm ánh sáng cho thấy hứa hẹn cho hình ảnh hoạt động của não ở chế độ 3D với tốc độ và độ tương phản cao (vượt qua nhiều hạn chế của các công nghệ hình ảnh khác). Trong kỹ thuật này, một tấm ánh sáng laser mỏng được chiếu qua vùng mô não quan tâm và các phóng viên hoạt động huỳnh quang trong các mô não phản ứng bằng cách phát ra tín hiệu huỳnh quang mà kính hiển vi có thể phát hiện được. Quét một tấm ánh sáng trong mô cho phép hình ảnh tốc độ cao, độ tương phản cao, thể tích của hoạt động não.

Hiện nay, việc sử dụng hình ảnh não huỳnh quang dạng tấm ánh sáng với các sinh vật không trong suốt (như chuột) là rất khó vì kích thước của bộ máy cần thiết. Để thực hiện các thí nghiệm với động vật không rõ ràng và trong tương lai, các động vật di chuyển tự do trở nên khả thi, trước tiên các nhà nghiên cứu sẽ cần thu nhỏ nhiều thành phần.

Thành phần quan trọng của việc thu nhỏ là bản thân máy phát ánh sáng, cần được đưa vào não và do đó phải càng nhỏ càng tốt để tránh di chuyển quá nhiều não mô. Trong một nghiên cứu mới được báo cáo trên tạp chí Neurophotonics, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế từ Viện Công nghệ California (Hoa Kỳ), Đại học Toronto (Canada), Mạng lưới Y tế Đại học (Canada), Viện Vật lý vi cấu trúc Max Planck (Đức) và Cao cấp Micro Foundry (Singapore) đã phát triển một máy phát ánh sáng thu nhỏ, hay một đầu dò thần kinh quang tử, có thể cấy vào não động vật sống.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ nanophotonic để tạo ra các đầu dò thần kinh quang tử siêu mỏng dựa trên silicon phát ra nhiều tấm ánh sáng mỏng có thể định địa chỉ với độ dày <16 micromet trên khoảng cách lan truyền 300 micromet trong không gian tự do. Khi được thử nghiệm trong các mô não của những con chuột đã được biến đổi gen để biểu hiện các protein huỳnh quang trong não của chúng, các đầu dò cho phép các nhà nghiên cứu hình ảnh các vùng có kích thước lớn tới 240 μm × 490 μm. Hơn nữa, mức độ tương phản của hình ảnh còn vượt trội hơn so với phương pháp hình ảnh thay thế được gọi là kính hiển vi huỳnh quang.

Mô tả tầm quan trọng của công việc của nhóm mình, Wesley Sacher, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết, “Công nghệ thăm dò thần kinh quang tử có thể cấy ghép mới này để tạo ra các tấm ánh sáng trong não đã loại bỏ nhiều ràng buộc đã hạn chế việc sử dụng hình ảnh huỳnh quang tấm ánh sáng trong khoa học thần kinh thực nghiệm. Chúng tôi dự đoán rằng công nghệ này sẽ dẫn đến các biến thể mới của ánh sáng kính hiển vi, bảng cho các thí nghiệm hình ảnh và hành vi của não sâu với động vật di chuyển tự do. ”

Những biến thể như vậy sẽ là một lợi ích cho các nhà khoa học thần kinh đang tìm cách hiểu hoạt động của bộnão.

(Nguồn Medicalexpress.com)