Um novo microscópio quebra um limite de velocidade de longa data, gravar imagens da atividade cerebral 15 vezes mais rápido do que os cientistas acreditaram ser possível. Ele reúne dados com rapidez suficiente para registrar os picos de voltagem dos neurônios e a liberação de mensageiros químicos em grandes áreas, monitorar centenas de sinapses simultaneamente - um salto gigantesco para a poderosa técnica de imagem chamada microscopia de dois fótons.
O truque não consiste em dobrar as leis da física, mas em usar o conhecimento sobre uma amostra para comprimir a mesma informação em menos medições. Cientistas do Campus de Pesquisa Janelia do Howard Hughes Medical Institute usaram o novo microscópio para observar os padrões de liberação de neurotransmissores nos neurônios de camundongos, eles relatam 29 de julho em Métodos da Natureza . Até agora, tem sido impossível capturar esses padrões de escala de milissegundos nos cérebros de animais vivos.
Os cientistas usam imagens de dois fótons para examinar amostras opacas - como cérebros vivos - que são impenetráveis com microscopia de luz normal. Esses microscópios usam um laser para excitar moléculas fluorescentes e, em seguida, medir a luz emitida. Na microscopia clássica de dois fótons, cada medição leva alguns nanossegundos; fazer um vídeo requer a medição de cada pixel da imagem em cada quadro.
Este, em teoria, limita a rapidez com que se pode capturar uma imagem, diz o autor principal do estudo, Kaspar Podgorski, um colega da Janelia. "Você pensaria que seria um limite fundamental - o número de pixels multiplicado pelo tempo mínimo por pixel, "ele diz." Mas nós quebramos esse limite comprimindo as medições. "Anteriormente, esse tipo de velocidade só poderia ser alcançado em áreas minúsculas.
A nova ferramenta - microscopia de projeção angular de linha digitalizada, ou SLAP - torna a parte demorada de coleta de dados mais eficiente de algumas maneiras. Ele comprime vários pixels em uma medida e verifica apenas pixels em áreas de interesse, graças a um dispositivo que pode controlar quais partes da imagem são iluminadas. Uma imagem de alta resolução da amostra, capturado antes do início da imagem de dois fótons, orienta o escopo e permite que os cientistas descompactem os dados para criar vídeos detalhados.
Muito parecido com um tomógrafo, que constrói uma imagem ao escanear um paciente de diferentes ângulos, SLAP varre um feixe de luz através de uma amostra ao longo de quatro planos diferentes. Em vez de registrar cada pixel no caminho do feixe como um ponto de dados individual, o osciloscópio comprime os pontos dessa linha em um número. Então, programas de computador decodificam as linhas de pixels para obter dados para cada ponto da amostra - como se estivesse resolvendo um gigantesco quebra-cabeça de Sudoku.
No tempo que leva o SLAP para escanear toda a amostra, um osciloscópio tradicional pixel a pixel cobriria apenas uma pequena fração de uma imagem. Esta velocidade permitiu que a equipe de Podgorski observasse em detalhes como o glutamato, um neurotransmissor importante, é liberado em diferentes partes dos neurônios do rato. No córtex visual do mouse, por exemplo, eles identificaram regiões nos dendritos dos neurônios onde muitas sinapses parecem estar ativas ao mesmo tempo. E eles rastrearam os padrões de atividade neural que migram através do córtex do mouse conforme um objeto se move através de seu campo visual.
O objetivo final de Podgorski é a imagem de todos os sinais que chegam em um único neurônio, para entender como os neurônios transformam os sinais de entrada em sinais de saída. Este escopo atual é "apenas um passo ao longo do caminho, mas já estamos construindo uma segunda geração. Assim que tivermos isso, não seremos mais limitados pelo microscópio, " ele diz.
Sua equipe está atualizando os scanners do osciloscópio para aumentar sua velocidade. Eles também estão procurando maneiras de rastrear outros neurotransmissores para que possam acessar totalmente a sinfonia da comunicação neural.
