MIT का rsLSM माइक्रोस्कोप: पूरे दिमाग की बिजली गतिविधि को मिलीसेकंड स्पीड में रिकॉर्ड करने वाली क्रांतिकारी तकनीक

न्यूरोसाइंटिस्टों के सामने लंबे समय से एक बुनियादी समस्या रही है: वे या तो इलेक्ट्रोड की मदद से कुछ न्यूरॉन्स की मिलीसेकंड-सटीक विद्युत गतिविधि रिकॉर्ड कर सकते थे, या फिर फ्लोरोसेंट कैल्शियम इंडिकेटर्स का उपयोग करके दिमाग भर में कई न्यूरॉन्स की इमेजिंग कर सकते थे – लेकिन यह न्यूरल कंप्यूटेशन की वास्तविक गति के एक अंश पर ही काम करता था। MIT के इंजीनियर्स के एक नए माइक्रोस्कोप ने अब इस अंतर को पाट दिया है।

रिमोट स्कैनिंग लाइट-शीट माइक्रोस्कोप (rsLSM) एक जीवित प्राणी के पूरे दिमाग में विद्युत गतिविधि को मिलीसेकंड-स्केल रिज़ॉल्यूशन पर रिकॉर्ड करता है । Neurophotonics में 2026 के एक पेपर और एक संबंधित प्रीप्रिंट में वर्णित इस सिस्टम का प्रदर्शन लार्वल ज़ेब्राफिश पर किया गया, जो एक पारदर्शी मॉडल जीव है और पूरे दिमाग की ऑप्टिकल इमेजिंग के लिए आदर्श है ।

क्यों कैल्शियम इमेजिंग स्पीड नहीं पकड़ पाती थी

एक दशक से अधिक समय तक, कैल्शियम इमेजिंग ऑप्टिकल ब्रेन इमेजिंग का मुख्य आधार रही है। जेनेटिकली एन्कोडेड सेंसर जैसे GCaMP, न्यूरॉन के फायर करने के बाद कैल्शियम आयनों के प्रवाह का पता लगाते हैं। लेकिन कैल्शियम एक अप्रत्यक्ष संकेतक है, न कि खुद विद्युत संकेत ।

"माइक्रोएंडोस्कोपिक कैल्शियम इमेजिंग फायरिंग को नहीं मापती; यह फ्लोरोसेंस में बदलाव को मापती है," 2026 की एक टिप्पणी में कहा गया है। कैल्शियम के प्रवेश, निष्कासन और फ्लोरोसेंट सेंसर काइनेटिक्स का समय "एक्शन पोटेंशियल की मिलीसेकंड गतिशीलता से कहीं धीमा" है । नतीजतन, कैल्शियम इमेजिंग व्यवस्थित रूप से व्यक्तिगत स्पाइक्स के सटीक समय को चूक जाती है ।

इसके विपरीत, वोल्टेज इमेजिंग जेनेटिकली एन्कोडेड वोल्टेज इंडिकेटर्स (GEVIs) का उपयोग करके सीधे झिल्ली क्षमता (membrane potential) को मापती है । यह विद्युत गतिविधि का सीधा ऑप्टिकल रीडआउट देता है – एक विलंबित रासायनिक प्रतिध्वनि नहीं – और मिलीसेकंड सटीकता के साथ एक्शन पोटेंशियल को ट्रैक कर सकता है ।

rsLSM कैसे अपनी गति हासिल करता है

MIT टीम ने rsLSM को दो प्रमुख नवाचारों के साथ डिज़ाइन किया ताकि लगभग 200 हर्ट्ज़ (थीसिस संस्करण में 200.8 Hz) पर पूरे दिमाग को कवर किया जा सके ।

पहला, माइक्रोस्कोप नमूने को हिलाने के बजाय रिमोट रीफोकसिंग का उपयोग करता है। एक तेज़ी से स्कैन करने वाली लाइट शीट को बिना किसी यांत्रिक गति के दिमाग के विभिन्न स्तरों पर पहुंचाया जाता है, जिससे बहुत तेज़ वॉल्यूमेट्रिक स्कैनिंग संभव होती है ।

दूसरा, एक अल्ट्राफास्ट डुअल-कैमरा सिस्टम GEVIs से फ्लोरोसेंस को उस दर पर कैप्चर करता है जो व्यक्तिगत एक्शन पोटेंशियल को पहचानने के लिए आवश्यक है । इन दोनों के संयोजन से सिस्टम लार्वल ज़ेब्राफिश के ~900 × 370 × 200 µm के पूरे दिमाग को उस गति से स्कैन कर सकता है जो पहले के लाइट-शीट माइक्रोस्कोप से संभव नहीं थी ।

सिस्टम ने लार्वल ज़ेब्राफिश में क्या खोजा

rsLSM की मदद से, शोधकर्ताओं ने लार्वल ज़ेब्राफिश के दिमाग में लगभग एक-चौथाई से एक-तिहाई न्यूरॉन्स का वोल्टेज मापा, जो पूरे दिमाग में वितरित थे । उन्होंने देखा कि "एक अनुक्रम के दौरान अलग-अलग समय पर फायर करने वाले न्यूरॉन्स दिमाग में अलग-अलग स्थानों पर स्थित थे," जिससे मिलीसेकंड-स्केल की जनसंख्या गतिशीलता का पता चला जो प्राकृतिक व्यवहार को संचालित करती है ।

अस्थायी और स्थानिक विवरण का यह स्तर – दिमाग में वास्तविक समय में एक्शन पोटेंशियल को फैलते हुए देखना – पहले किसी भी पूरे-दिमाग की तैयारी में कैल्शियम इमेजिंग के साथ संभव नहीं था । यह काम इस बात की एक खिड़की खोलता है कि कैसे वितरित सर्किट तेज़ व्यवहार जैसे कि बचाव प्रतिक्रियाओं और तैराकी का समन्वय करते हैं ।

तकनीक का भविष्य क्या है

rsLSM का तत्काल प्रभाव यह है कि यह शोधकर्ताओं को यह पूछने में सक्षम बनाता है कि कैसे मिलीसेकंड-स्केल की जनसंख्या तंत्रिका गतिशीलता प्राकृतिक व्यवहार को संचालित करती है – ऐसे प्रश्न जिन्हें कैल्शियम इमेजिंग संबोधित नहीं कर सकती थी । भविष्य के काम से वोल्टेज इमेजिंग को बड़े, अधिक जटिल मॉडल जीवों तक विस्तारित करने और ऑप्टोजेनेटिक हेरफेर के साथ तकनीक को संयोजित करने की उम्मीद है, जिससे वैज्ञानिक उच्च सटीकता के साथ तंत्रिका गतिविधि को पढ़ और लिख दोनों कर सकें ।