MITs nye mikroskop fanger hjernens elektriske aktivitet på millisekunder

«Mikroendoskopisk kalsiumavbildning måler ikke fyring; den måler endringer i fluorescens,» påpeker en kommentar fra 2026. Tidsforløpet for kalsiuminnstrømning, clearance og kinetikken til den fluorescerende sensoren er «langt langsommere enn millisekunddynamikken til aksjonspotensialer» . Som et resultat går kalsiumavbildning systematisk glipp av den presise timingen til individuelle impulser .

Spenningsavbildning, derimot, måler direkte membranpotensialet ved hjelp av genetisk kodede spenningsindikatorer (GEVI-er) . Dette gir en direkte optisk avlesning av selve den elektriske aktiviteten – ikke et forsinket kjemisk ekko – med den millisekundpresisjonen som kreves for å spore aksjonspotensialer .

Hvordan rsLSM oppnår farten

MIT-teamet designet rsLSM rundt to sentrale nyvinninger for å oppnå dekning av hele hjernen med omtrent 200 Hz (200,8 Hz i avhandlingsversjonen av systemet) .

For det første bruker mikroskopet fjernfokusering i stedet for å flytte prøven. Et raskt skannende lysark leveres til forskjellige plan gjennom hjernevolumet uten mekanisk bevegelse, noe som muliggjør langt raskere volumetriske sveip .

For det andre fanger et ultrahurtig dual-kamerasystem opp fluorescensen fra GEVI-ene med den hastigheten som trengs for å skille individuelle aksjonspotensialer . Kombinasjonen gjør at systemet kan skanne hele sebrafiskhjernens volum på omtrent 900 × 370 × 200 µm med hastigheter som tidligere lysarkmikroskoper ikke kunne oppnå .

Hva systemet avslørte hos sebrafisklarver

Med rsLSM kunne forskerne måle spenningen i omtrent en fjerdedel til en tredjedel av alle nevroner fordelt over hele sebrafiskhjernen . De observerte at «nevroner som fyret til forskjellige tider under en sekvens, var lokalisert på forskjellige steder i hjernen,» noe som avslører populasjonsdynamikk på millisekundnivå som styrer naturlig atferd .

Dette detaljnivået i tid og rom – å observere hvordan aksjonspotensialer forplanter seg gjennom hjernen i sanntid – var tidligere utilgjengelig med kalsiumavbildning i hele hjernen . Arbeidet åpner et vindu inn i hvordan distribuerte kretsløp koordinerer raske atferder som fluktresponser og svømming .

Hvor teknologien går videre

Den umiddelbare virkningen av rsLSM er at den gjør det mulig for forskere å stille spørsmål om hvordan populasjonsdynamikk på millisekundnivå styrer naturlig atferd – spørsmål som kalsiumavbildning rett og slett ikke kunne besvare . Fremtidig arbeid forventes å utvide spenningsavbildning til større, mer komplekse modellorganismer og å kombinere teknikken med optogenetiske forstyrrelser, slik at forskere kan både lese og skrive nevral aktivitet med høy presisjon .