二光子蛍光顕微鏡が未来を垣間見る

二光子蛍光顕微鏡は、人類を思考のみを使用して周囲と対話できるようにすることに一歩近づきます。

脳活動のモニタリングは、その機能が初めて登場して以来、神経科学の中核要素となってきました。人間の脳は宇宙や海洋ほど理解されていません。そのため、心の中にある謎を解明するために多大な努力が払われています。現在、研究者は革新的な二光子蛍光顕微鏡法を使用して、精神活動をリアルタイムでさらに深く調査できるようになりました。知っておくべきことは次のとおりです。

脳活動を理解することは、アルツハイマー病などの神経疾患の治療を含む多くの業界にとって重要です。科学者たちは、思考中にニューロンがどのように通信し相互作用するかを解明するために多大な努力を費やしてきました。この研究の目標は、複雑な神経相互作用を細胞解像度に至るまで完全に理解することです。

研究者らは、このデータを使用して基本的な脳機能を解明し、いつか学習、記憶、意思決定、ヘルスケアの改善につながる可能性があることを期待しています。この課題を達成するために、彼らは動的な神経プロセスをリアルタイムで追跡できる高度な 2 光子イメージング ツールを作成し、学習、活動、疾患状態における脳についてのより深い洞察を可能にしました。

脳活動を登録する現在の方法

現在、脳活動を記録する方法がいくつか使用されています。これらのアプローチは、今日まで業界の発展に貢献してきました。ただし、活動の監視に時間がかかること、患者に有害な可能性があること、費用が法外にかかることなど、いくつかの重大な欠点があります。現在使用されている最も一般的な 2 つの方法には、機能的磁気共鳴画像法 (fMRI) と脳波検査法 (EEG) があります。

機能的磁気共鳴画像法 (fMRI)

機能的磁気共鳴画像法は、今日脳波を監視するために使用されている最も先進的な方法の 1 つです。この非侵襲的手順では、磁場と電波を統合して脳の電磁パルスの 3D 画像を作成します。この戦略は、研究者が特定のニューロンのセットにズームインできるようになり、脳活動の全体的な理解を大幅に向上させることができるため、以前のオプションに比べて大幅な改善が見られました。

脳波検査(EEG)

映画で見たことがあるかもしれない別の方法は、脳波検査です。このアプローチでは、脳の電気活動を測定します。患者は、電流に敏感な特別なセンサーを頭皮に取り付ける必要があります。脳波を追跡するこの方法は、1975 年にリチャード・ケイトンがウサギとサルの脳に見られる電気パルスを追跡するために初めて使用して成功して以来、使用されてきました。

それ以来、この脳活動を記録する方法は大幅に改善されました。 1950 年代に、EEG の最初の現代版が導入されました。これは、1980 年代まで脳波を追跡する主要な方法として忠実に機能しました。 1988 年に、人間がロボットを制御できるようにするために使用され、今でも多くの研究者によって使用されています。

勉強

研究「適応線励起による高速二光子顕微鏡」がOpticaに掲載され、二光子顕微鏡がどのようにして神経活動の比類のない高速画像を提供できるかを明らかにしました。これらの写真は、専用の二光子蛍光顕微鏡を使用して細胞解像度で作成されました。

二光子蛍光顕微鏡

二光子蛍光顕微鏡は、脳組織の深部まで鮮やかな画像を提供できます。このタスクを達成するために、このメカニズムでは適応サンプリング構造が導入されています。この構造は実験全体を通じて繰り返され、動的な 3D 画像と脳活動のマップが作成されます。

適応サンプリング戦略

研究の中核となるのは、適応サンプリング戦略の導入です。この方法は、従来の点照明技術に代わるものです。代わりに、より効果的なライン照明戦略が、過去の方法と比較してはるかに詳細な監視機能を提供する更新されたポイント スキャン方法と並行して採用されています。

ポイントスキャン

古い方法でのポイント スキャンには、まだ多くの点が望まれています。まず、非常に特異的であるため、脳全体のニューロン配列全体を追跡できないことがよくありました。新しいポイント スキャン方法は、変更されたライン照明戦略を使用して、高解像度のポイント スキャン方法を模倣します。この戦略は、脳のどの領域がプロセスの次のステップであるライン スキャンに進む必要があるかを特定する上で非常に重要です。

ラインイルミネーション

线照明是神经学工程师的一项突破。该方法在采样区域投射一条细线。这种方法会激发荧光，从而更容易从头到尾追踪整个大脑的神经信号。此外，这种方法可以实时激发、扫描和绘制更大的大脑区域。

双光子显微镜测试

双光子荧光显微镜的测试阶段涉及两只实验室小鼠，研究人员能够实时跟踪小鼠皮层中的神经元活动。值得注意的是，该装置目前可以捕获高达 198 Hz 的图像信号。在这次测试中，工程师跟踪了可以发出最近神经活动信号的钙信号。

数字微镜器件（DMD）

为了完成此任务，使用数字微镜器件（DMD）形成特殊配置的激光束图案。该装置包含数千个微型镜子。每面镜子都有单独的控制装置，使它们能够塑造光线并将其瞄准大脑的精确部位。此外，镜子可以设置为激活

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