Os pesquisadores desenvolveram um endoscópio tão fino quanto um fio de cabelo humano que pode gerar imagens da atividade dos neurônios no cérebro de camundongos vivos. Porque é tão fino, o endoscópio pode atingir profundamente o cérebro, dando aos pesquisadores acesso a áreas que não podem ser vistas com microscópios ou outros tipos de endoscópios.

"Além de ser usado em estudos com animais para nos ajudar a entender como o cérebro funciona, este novo endoscópio pode um dia ser útil para certas aplicações em pessoas, "disse Shay Ohayon, que desenvolveu o dispositivo como pesquisador de pós-doutorado no laboratório de James DiCarlo no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. "Poderia oferecer um menor, e, portanto, mais confortável, instrumento de imagem dentro da cavidade nasal, por exemplo."

O novo endoscópio é baseado em uma fibra óptica de apenas 125 mícrons de espessura. Como o dispositivo é cinco a dez vezes mais fino do que os menores microendoscópios disponíveis no mercado, pode ser introduzido mais profundamente no tecido cerebral sem causar danos significativos.

No jornal The Optical Society (OSA) Biomedical Optics Express , os pesquisadores relatam que o endoscópio pode capturar imagens de resolução em escala mícron de neurônios disparando. Esta é a primeira vez que a imagem com um endoscópio tão fino foi demonstrada em um animal vivo.

"Com mais desenvolvimento, o novo microendoscópio poderia ser usado para gerar imagens da atividade dos neurônios em partes anteriormente inacessíveis do cérebro, como o córtex visual de modelos animais primatas, "disse Ohayon." Também pode ser usado para estudar como os neurônios de diferentes regiões do cérebro se comunicam entre si.

Adquirindo imagens de uma fibra

O novo microendoscópio é baseado em uma fibra óptica multimodo, que pode transportar vários feixes de luz diferentes ao mesmo tempo. Quando a luz entra na fibra, pode ser manipulado para gerar um pequeno ponto na outra extremidade, e pode ser movido para diferentes posições no tecido sem mover a fibra. A varredura do minúsculo ponto na amostra permite que ela excite as moléculas fluorescentes usadas para marcar a atividade dos neurônios. À medida que a fluorescência de cada ponto viaja de volta através da fibra, uma imagem da atividade do neurônio é formada.

"Para conseguir uma varredura rápida o suficiente para disparar os neurônios de imagem, usamos um componente óptico conhecido como dispositivo de espelho digital (DMD) para mover rapidamente o ponto de luz, "disse Ohayon." Desenvolvemos uma técnica que nos permitiu usar o DMD para fazer a varredura de luz em velocidades de até 20 quilohertz, que é rápido o suficiente para ver a fluorescência dos neurônios ativos. "

Como as fibras multimodo usadas para a luz codificada do endoscópio, os pesquisadores aplicaram um método chamado wavefront shaping para converter a luz embaralhada em imagens. Para modelagem de frente de onda, eles enviaram vários padrões de luz através da fibra para uma câmera na outra extremidade e registraram exatamente como aquela fibra específica mudava a luz que passava. A câmera foi então removida, e a fibra colocada no cérebro para imagens. A informação obtida anteriormente sobre como a fibra muda a luz é então usada para gerar e escanear um pequeno ponto no campo de visão.

Imagens de neurônios vivos

Depois de obter imagens de células cultivadas com sucesso, os pesquisadores testaram seu microendoscópio em ratos anestesiados. Eles inseriram a fibra através de um minúsculo orifício no crânio de um camundongo e lentamente a baixaram até o cérebro. Para visualizar os neurônios disparando, os pesquisadores usaram uma técnica chamada imagem de cálcio, que cria fluorescência em resposta ao influxo de cálcio que ocorre quando um neurônio dispara.

"Uma das vantagens de usar um endoscópio tão fino é que, à medida que você o abaixa no cérebro, você pode ver todos os vasos sanguíneos e navegar pela fibra para evitar atingi-los, "disse Ohayon.

Além de mostrar que seu endoscópio pode capturar a atividade neuronal detalhada, os pesquisadores também demonstraram que várias cores de luz podem ser usadas para imagens. Esse recurso pode ser usado para observar as interações entre dois grupos de neurônios, cada um marcado com uma cor diferente, por exemplo.

Para imagens padrão, o endoscópio imagina os neurônios na ponta da fibra. Contudo, os pesquisadores também mostraram que o microendoscópio pode obter imagens de até cerca de 100 mícrons de distância da ponta. "Isso é muito útil porque quando a fibra é inserida no cérebro, pode afetar a função de neurônios muito próximos à fibra, "explicou Ohayon." Imaginar uma área ligeiramente afastada da fibra torna mais fácil capturar neurônios saudáveis. "

Lidando com curvas na fibra

Uma limitação do microendoscópio é que qualquer curvatura na fibra faz com que ela perca a capacidade de produzir imagens. Embora isso não tenha afetado os experimentos descritos no artigo, porque a fibra foi mantida reta enquanto era empurrada para o cérebro, resolver o problema de dobra pode expandir muito as aplicações do dispositivo. Vários grupos de pesquisa estão trabalhando em novos tipos de fibras que são menos suscetíveis a dobras e métodos computacionais que podem compensar a dobra em tempo real.

"Se este problema de dobra puder ser resolvido, provavelmente mudará a forma como a endoscopia em pessoas é realizada, permitindo o uso de sondas muito mais finas, "disse Ohayon." Isso permitiria imagens mais confortáveis ​​do que os grandes endoscópios de hoje e pode permitir imagens em partes do corpo que não são viáveis ​​atualmente. "