Przełomowy mikroskop MIT rejestruje aktywność elektryczną całego mózgu w skali milisekund

„Mikroendoskopowe obrazowanie wapniowe nie mierzy wyładowań; mierzy zmiany fluorescencji” – zauważa komentarz z 2026 roku. Czas napływu wapnia, jego usuwania i kinetyki fluorescencyjnego sensora są „znacznie wolniejsze niż milisekundowa dynamika potencjałów czynnościowych” . W rezultacie obrazowanie wapniowe systematycznie traci precyzyjne określenie czasu pojedynczych impulsów nerwowych .

Obrazowanie napięcia (ang. voltage imaging) mierzy natomiast bezpośrednio potencjał błonowy za pomocą genetycznie kodowanych wskaźników napięcia (GEVI) . Daje to bezpośredni odczyt aktywności elektrycznej – a nie opóźnione chemiczne echo – z milisekundową precyzją niezbędną do śledzenia potencjałów czynnościowych .

Jak rsLSM osiąga swoją prędkość

Zespół z MIT zaprojektował rsLSM w oparciu o dwie kluczowe innowacje, aby osiągnąć obrazowanie całego mózgu z częstotliwością około 200 Hz (200,8 Hz w wersji opisanej w pracy doktorskiej) .

Po pierwsze, mikroskop wykorzystuje zdalne ogniskowanie (ang. remote refocusing), a nie przemieszczanie próbki. Szybko skanowany arkusz światła jest dostarczany do różnych płaszczyzn w objętości mózgu bez ruchu mechanicznego, co umożliwia znacznie szybsze skanowanie objętościowe .

Po drugie, ultraszybki system podwójnej kamery rejestruje fluorescencję z GEVI z szybkością potrzebną do rozróżnienia pojedynczych potencjałów czynnościowych . Połączenie tych technologii pozwala na skanowanie całej objętości mózgu larwy danio (~900 × 370 × 200 µm) z prędkościami niedostępnymi dla wcześniejszych mikroskopów świetlnych .

Co system ujawnił w mózgu larwy danio pręgowanego

Dzięki rsLSM naukowcy zmierzyli napięcie około jednej czwartej do jednej trzeciej wszystkich neuronów rozmieszczonych w całym mózgu larwy . Zaobserwowali, że „neurony wyładowujące się w różnych momentach sekwencji znajdowały się w różnych lokalizacjach mózgu”, co ujawniło dynamikę populacji neuronowej w skali milisekund, napędzającą naturalne zachowania .

Ten poziom szczegółowości czasowej i przestrzennej – obserwowanie rozprzestrzeniania się potencjałów czynnościowych w całym mózgu w czasie rzeczywistym – był wcześniej niedostępny przy użyciu obrazowania wapniowego w jakimkolwiek preparacie całego mózgu . Praca otwiera okno na zrozumienie, w jaki sposób rozproszone obwody koordynują szybkie zachowania, takie jak reakcje ucieczki i pływanie .

Dokąd zmierza ta technologia?

Natychmiastowym efektem rsLSM jest umożliwienie naukowcom zadawania pytań o to, jak dynamika populacji neuronów w skali milisekund napędza naturalne zachowania – pytania, na które obrazowanie wapniowe po prostu nie mogło odpowiedzieć . Oczekuje się, że przyszłe prace rozszerzą obrazowanie napięcia na większe, bardziej złożone organizmy modelowe i połączą tę technikę z perturbacjami optogenetycznymi, umożliwiając zarówno odczytywanie, jak i zapisywanie aktywności neuronowej z wysoką precyzją .