Un microscopio montado en la cabeza mide la actividad neuronal

Un dispositivo en miniatura permite a los científicos registrar la actividad de las células nerviosas en todas las capas corticales en entornos iluminados

07 de diciembre de 2022

Investigadores del Instituto Max Planck de Neurobiología del Comportamiento han desarrollado un microscopio en miniatura lo suficientemente pequeño como para ser llevado libremente en la cabeza de un ratón en movimiento y capaz de medir la actividad neuronal en todas las capas corticales, incluso las más profundas. El microscopio de dos gramos se puede controlar de forma remota, lo que minimiza la necesidad de manipular al animal. El microscopio también incorpora nueva tecnología que permite obtener imágenes en entornos iluminados, algo que todos los microscopios comparables lucharon por hacer. La actividad neuronal ahora se puede visualizar desde todas las capas corticales en el ratón que se mueve libremente durante toda la gama de comportamientos del animal. Este nuevo microscopio es un cambio de juego para explorar el vínculo entre la actividad neuronal y el comportamiento animal complejo.

¿Cómo produce el cerebro el comportamiento? Estudiar el cerebro durante el comportamiento es más informativo cuando el animal es libre de interactuar con su entorno de la manera que elija. Esto requiere pequeños dispositivos montados en la cabeza que proporcionen acceso al cerebro, pero que no interfieran con el comportamiento del animal.

"Estamos interesados en cómo los animales que se comportan libremente usan la visión para tomar decisiones en su vida cotidiana. Como muchas de las células cerebrales que se cree que están involucradas en este proceso se encuentran en lo profundo de la corteza visual, hicimos un microscopio montado en la cabeza muy ligero que puede medir la actividad de estas neuronas pero no interfiere con el comportamiento del animal. Hemos dado un gran paso hacia finalmente la obtención de imágenes de la actividad cerebral en lo profundo de la corteza de los animales que realizan comportamientos naturales basados en la visión ", dice Jason Kerr, director del Departamento de Comportamiento y Organización del Cerebro del Instituto Max Planck de Neurobiología del Comportamiento en Bonn, Alemania.

Obtención de imágenes de todas las capas corticales

En el estudio, los investigadores desarrollaron un microscopio de excitación en miniatura de 2 gramos y tres fotones que ofrece una serie de primicias. Por primera vez, ahora es posible obtener imágenes de la actividad neuronal a nivel de una sola célula desde todas las capas corticales sin tener que interferir con el comportamiento del animal, lo que es posible gracias a un mecanismo de enfoque remoto. Su diseño modular también ofrece una configuración de alta resolución que permite grabaciones funcionales de somatos neuronales y dendritas. Otra característica importante es que, debido a un sistema de detección modificado, el microscopio se puede utilizar en condiciones de iluminación completa. "La robustez de nuestro nuevo microscopio en miniatura a la luz ambiental nos permite obtener imágenes de la actividad del cerebro mientras el animal tiene acceso a su repertorio sensorial completo. Ahora podemos estudiar el comportamiento natural guiado visualmente como la caza de presas y la evitación de depredadores ", dice Alexandr Klioutchnikov, primer autor del estudio.

Para confirmar el alcance y la estabilidad del nuevo microscopio miniatura de tres fotones, el equipo tomó imágenes de las capas corticales profundas 4 (L4) y 6 (L6) mientras los ratones exploraban libremente una arena. Resultó que las neuronas L4 y L6 estaban moduladas diferencialmente dependiendo de la luz ambiental. Como el microscopio se puede volver a montar fácilmente en la misma posición, se pueden obtener imágenes de las mismas poblaciones neuronales en sesiones de seguimiento repartidas durante días. Esto abre la posibilidad de monitorear los cambios en la actividad del cerebro, por ejemplo, mientras el animal está aprendiendo.