Un nouveau microscope dépasse une ancienne limite de vitesse, enregistrer des images de l'activité cérébrale 15 fois plus vite que ce que les scientifiques pensaient autrefois possible. Il recueille des données assez rapidement pour enregistrer les pics de tension des neurones et la libération de messagers chimiques sur de vastes zones, surveiller des centaines de synapses simultanément, un pas de géant pour la puissante technique d'imagerie appelée microscopie à deux photons.
L'astuce ne consiste pas à contourner les lois de la physique, mais en utilisant les connaissances sur un échantillon pour compresser les mêmes informations en moins de mesures. Les scientifiques du campus de recherche Janelia du Howard Hughes Medical Institute ont utilisé le nouveau microscope pour observer les modèles de libération de neurotransmetteurs sur les neurones de souris, ils rapportent le 29 juillet dans Méthodes naturelles . Jusqu'à maintenant, il a été impossible de capturer ces modèles à l'échelle de la milliseconde dans le cerveau d'animaux vivants.
Les scientifiques utilisent l'imagerie à deux photons pour scruter l'intérieur d'échantillons opaques, comme des cerveaux vivants, qui sont impénétrables en microscopie optique normale. Ces microscopes utilisent un laser pour exciter les molécules fluorescentes puis mesurer la lumière émise. En microscopie classique à deux photons, chaque mesure prend quelques nanosecondes; faire une vidéo nécessite de prendre des mesures pour chaque pixel de l'image dans chaque image.
Cette, en théorie, limite la vitesse à laquelle on peut capturer une image, dit l'auteur principal de l'étude Kaspar Podgorski, un camarade à Janelia. "On pourrait penser que ce serait une limite fondamentale - le nombre de pixels multiplié par le temps minimum par pixel, " dit-il. " Mais nous avons dépassé cette limite en compressant les mesures. " Auparavant, ce genre de vitesse ne pouvait être atteint que sur des zones minuscules.
Le nouvel outil :la microscopie à projection angulaire en ligne numérisée, ou SLAP—rend la collecte de données chronophage plus efficace de plusieurs manières. Il compresse plusieurs pixels en une seule mesure et scanne uniquement les pixels dans les zones d'intérêt, grâce à un dispositif qui peut contrôler quelles parties de l'image sont éclairées. Une image haute résolution de l'échantillon, capturé avant le début de l'imagerie à deux photons, guide la portée et permet aux scientifiques de décompresser les données pour créer des vidéos détaillées.
Tout comme un tomodensitomètre, qui construit une image en scannant un patient sous différents angles, SLAP balaie un faisceau de lumière à travers un échantillon le long de quatre plans différents. Au lieu d'enregistrer chaque pixel sur la trajectoire du faisceau en tant que point de données individuel, la portée compresse les points de cette ligne en un seul nombre. Puis, les programmes informatiques décryptent les lignes de pixels pour obtenir des données pour chaque point de l'échantillon, un peu comme résoudre un puzzle de Sudoku géant.
Dans le temps qu'il faut à SLAP pour numériser l'ensemble de l'échantillon, une portée traditionnelle allant pixel par pixel ne couvrirait qu'une petite fraction d'une image. Cette vitesse a permis à l'équipe de Podgorski de regarder en détail comment le glutamate, un neurotransmetteur important, est libéré sur différentes parties des neurones de la souris. Dans le cortex visuel de la souris, par exemple, ils ont identifié des régions sur les dendrites des neurones où de nombreuses synapses semblent être actives en même temps. Et ils ont suivi les modèles d'activité neuronale migrant à travers le cortex de la souris alors qu'un objet se déplaçait dans son champ visuel.
L'objectif ultime de Podgorski est d'imager tous les signaux entrant dans un seul neurone, comprendre comment les neurones transforment les signaux entrants en signaux sortants. Cette portée actuelle n'est « qu'une étape sur le chemin, mais nous sommes déjà en train de construire une deuxième génération. Une fois que nous l'avons, nous ne serons plus limités par le microscope, " il dit.
Son équipe met à niveau les scanners de l'oscilloscope pour augmenter sa vitesse. Ils cherchent également des moyens de suivre d'autres neurotransmetteurs afin de pouvoir pleinement exploiter la symphonie de la communication neuronale.
