Новый гибридный метод визуализации мозга открывает беспрецедентные возможности для науки

Ученые разработали революционную гибридную методику визуализации мозга HyFMRI, которая позволяет одновременно наблюдать за активностью нейронов, астроцитов и кровотоком в живом мозге. Эта инновация открывает новые горизонты для понимания функционирования мозга и механизмов развития заболеваний, фиксируя в реальном времени и неинвазивно взаимодействие между различными клетками мозга и кровотоком.

HyFMRI объединяет мультиплексную флуоресцентную визуализацию, использующую специальные маркеры для отслеживания активности нейронов и астроцитов, с детальной пространственной информацией, получаемой с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ). Такое слияние преодолевает ограничения предыдущих методов, которые фокусировались лишь на одном аспекте мозговой функции. Интеграция этих комплементарных техник обеспечивает более полное представление о динамике мозга.

Техника использует передовые флуоресцентные белки, которые светятся в ответ на специфические сигналы от нейронов и астроцитов. Компонент МРТ затем картирует кровоток и насыщение кислородом, связывая клеточную сигнализацию с сосудистыми реакциями. Эта одновременная регистрация данных является ключом к пониманию того, как нейронная активность поддерживается кровоснабжением — процесс, известный как нейроваскулярная связь. Существенным преимуществом HyFMRI является ее неинвазивность, что крайне важно для долгосрочных исследований.

Разработка включала синхронизацию детектирования флуоресценции с последовательностями МРТ и использование сложных компьютерных алгоритмов для обработки и объединения полученных данных. Ранние испытания на животных моделях успешно продемонстрировали стимул-зависимую нейронную активность наряду с кальциевыми волнами астроцитов и соответствующими изменениями кровотока. Эти результаты подчеркивают взаимосвязь клеток мозга и их сосудистой поддержки.

HyFMRI обладает потенциалом значительно продвинуть изучение неврологических состояний, таких как болезнь Альцгеймера, инсульт и эпилепсия, где подозреваются проблемы с нейроваскулярной связью и астроцитами. Картирование этих патологических изменений в деталях может способствовать более ранней диагностике и лучшему мониторингу эффективности лечения. Исследователи также отмечают гибкость техники, предполагая, что ее можно адаптировать для изучения других типов клеток или даже специфических нейромедиаторов.

Хотя в настоящее время метод используется на животных моделях, предпринимаются усилия по его адаптации для исследований с участием людей, что может трансформировать диагностику и исследования мозга. Этот прорыв стимулирует дальнейшие инновации в объединении различных методов визуализации. В конечном счете, HyFMRI является примером того, как слияние технологий помогает раскрыть сложность мозга, предоставляя более целостное представление о том, как клеточные взаимодействия влияют на познание и поведение. Это достижение в области нейровизуализации, опубликованное в Light: Science & Applications, как ожидается, ускорит открытия в нейронауке и медицине.