Os pesquisadores desenvolveram um microscópio em miniatura montado na cabeça que pode ser usado para a atividade de imagem de toda a parte externa do cérebro, ou córtex, em ratos que se comportam livremente. Quando combinado com crânios transparentes implantáveis, o novo microscópio pode capturar a atividade cerebral de camundongos por mais de 300 dias.

Os camundongos costumam ser usados ​​para estudar o cérebro porque têm muitas das mesmas estruturas cerebrais e conectividade que os humanos. O novo microscópio, conhecido como mini-mScope, oferece uma nova ferramenta importante para estudar como a atividade neural de várias regiões do córtex contribui para o comportamento, cognição e percepção.

Mathew L. Rynes, da Universidade de Minnesota, Cidades gêmeas, Os EUA apresentarão a pesquisa no 2021 OSA Biophotonics Congress:Optics in the Life Sciences, totalmente virtual, a ser realizado de 12 a 16 de abril. Daniel Surinach co-liderou o estudo. A apresentação está marcada para quinta-feira, 15 de abril às 10:00 PDT (UTC-07:00).

Embora os cientistas tenham feito muito progresso na compreensão de como a atividade neural em regiões específicas do córtex cerebral contribui para o comportamento, tem sido difícil estudar a atividade de várias regiões corticais ao mesmo tempo. Para ratos, até mesmo a simples tarefa de mover um único bigode em resposta a um estímulo envolve o processamento de informações em várias áreas corticais.

"O mini-mScope permite que a maior parte do córtex dorsal seja visualizada durante comportamentos livres e desenfreados, "disse Rynes." Isso pode permitir que os neurocientistas investiguem o cérebro durante comportamentos complexos de forma holística, ou para entender como as regiões corticais interagem durante os comportamentos. Isso abre a pesquisa para a compreensão de como a conectividade muda em estados de doença, lesão cerebral traumática ou vício. "

O novo mini-mScope é um microscópio de fluorescência que pode ser usado para imagens de cálcio, uma técnica comumente usada para monitorar a atividade elétrica do cérebro. O dispositivo tipo head-mounted captura imagens próximo ao nível celular, tornando possível estudar conexões entre regiões através do córtex.

Os pesquisadores criaram o microscópio miniaturizado usando LEDs para iluminação, lentes em miniatura para foco e uma câmera sCMOS para capturar imagens. Inclui ímãs interligados que permitem ser facilmente fixados em morfologicamente realistas, Crânios de polímero transparentes impressos em 3-D, conhecidos como See-Shells, que os pesquisadores desenvolveram anteriormente. Quando implantado em camundongos, os See-Shells criam uma janela através da qual a microscopia de longo prazo pode ser realizada. Em experimentos anteriores, camundongos viveram com See-Shells implantadas por até um ano.

Eles demonstraram o mini-mScope usando-o para imagens da atividade cerebral de camundongos em resposta a um estímulo visual para o olho direito, um estímulo vibracional no membro posterior direito e um estímulo somatossensorial apresentado no bigode direito. Eles também criaram mapas de conectividade funcional do cérebro enquanto um rato usando o microscópio montado na cabeça interagia com outro rato. Eles viram que a conectividade intracortical aumentava quando o mouse se envolvia em comportamentos sociais.

"Nossa equipe está criando um conjunto de ferramentas que nos permitirá acessar e fazer interface com grandes partes do córtex em alta resolução espacial e temporal, "disse Rynes." Este estudo mostra que o mini-mScope pode ser usado para estudar a conectividade funcional em ratos que se comportam livremente, tornando-se uma contribuição importante para este kit de ferramentas. "

Os pesquisadores agora estão usando o mini-mScope para investigar como a conectividade cortical muda em uma variedade de paradigmas comportamentais, como explorar um novo espaço. Eles também estão trabalhando com colaboradores para usar o mini-mScope para estudar como a atividade cortical é alterada quando os ratos aprendem tarefas motoras difíceis.