Investigadores de Cornell han presentado una tecnología de imagen capaz de visualizar la actividad cerebral en un campo amplio y profundo sin precedentes con una resolución de una sola célula.
El innovador microscopio, llamado DEEPscope, combina técnicas de microscopía de dos y tres fotones para capturar la actividad neuronal a gran escala y detalles estructurales que antes eran inaccesibles.
La microscopía multifotónica tradicional, una piedra angular para la obtención de imágenes de tejidos profundos, enfrenta limitaciones significativas en la profundidad de la imagen y el campo de visión, especialmente en tejidos biológicos altamente dispersos como el cerebro.
Para evitar daños térmicos, la profundidad de la imagen generalmente se aumenta a expensas de un campo de visión que se reduce exponencialmente, lo que dificulta la observación de redes neuronales a gran escala.
DEEPscope aborda estas limitaciones al integrar un conjunto de técnicas novedosas, lo que permite a los investigadores visualizar extensas regiones cerebrales a profundidades sin precedentes.
La clave de este avance es el sistema de excitación adaptativo de DEEPscope y el esquema de escaneo de polígonos de enfoque múltiple, que permiten la generación eficiente de fluorescencia para obtener imágenes de gran campo de visión.
Estas innovaciones permiten obtener imágenes de alta resolución en un campo de 3,23 x 3,23 mm2 con una velocidad de obtención de imágenes suficiente para captar la actividad neuronal en las capas corticales más profundas del cerebro de ratones. La capacidad de realizar imágenes simultáneas de dos y tres fotones mejora aún más la versatilidad del sistema, lo que permite una exploración detallada tanto de regiones profundas como superficiales.
En su estudio, los investigadores demostraron la capacidad de DEEPscope para obtener imágenes de columnas corticales completas y estructuras subcorticales con una resolución de una sola célula. Registraron con éxito las actividades neuronales en las regiones cerebrales profundas de ratones transgénicos, observando más de 4.500 neuronas en las capas corticales profundas y superficiales.
Además, DEEPscope permitió obtener imágenes de todo el cerebro de peces cebra adultos, capturando detalles estructurales a profundidades superiores a 1 mm y en un campo más ancho de 3 mm, una primicia en el campo de la neurociencia.
"DEEPscope representa un avance significativo en la tecnología de imágenes cerebrales", dijo Aaron Mok, autor principal del estudio. "Por primera vez, podemos visualizar circuitos neuronales complejos en animales vivos a una escala y profundidad tan grandes, lo que nos permite comprender mejor la función cerebral y abrir potencialmente nuevas vías para la investigación neurológica".
Las técnicas demostradas se pueden integrar fácilmente en los microscopios multifotónicos existentes, lo que las hace accesibles para un uso generalizado en neurociencia y otros campos que requieren imágenes de tejidos profundos, según los investigadores.
Al superar las limitaciones anteriores, DEEPscope establece un nuevo estándar para imágenes profundas de alta resolución y campo amplio de tejidos vivos, lo que promete avanzar en nuestra comprensión de las intrincadas redes del cerebro y su papel en la salud y la enfermedad.
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