Chińscy naukowcy opracowali bezprzewodowy mikroskop Airscope, który umożliwia jednoczesne obserwowanie aktywności ponad 8500 neuronów u swobodnie poruszającej się myszy. Sam aparat waży zaledwie gram, nie licząc baterii. Wyniki badań opublikowano 19 października w czasopiśmie „Nature”.
Przy opracowaniu Airscope naukowcy z Uniwersytetu Tsinghua w Pekinie, kierowani przez profesora Dai Qionghaia, współpracowali z zespołem profesora Dai Pu ze Szpitala Generalnego Chińskiej Armii Ludowo-Wyzwoleńczej.
Dotychczas obserwowanie dużych obszarów kory mózgowej z dokładnością pozwalającą rozróżnić pojedyncze komórki zwykle wymagało unieruchomienia głowy zwierzęcia albo podłączenia aparatury przewodami. Mniejsze urządzenia bezprzewodowe zapewniały większą swobodę ruchu, lecz obejmowały znacznie mniejszy obszar mózgu.
Airscope łączy układ czterech soczewek z dwumegapikselowym przetwornikiem obrazu. W polu widzenia o szerokości 6 milimetrów rejestruje sygnały z 14 obszarów kory mózgowej jednej półkuli. Liczba obserwowanych neuronów jest około 25 razy większa niż w dotychczasowych urządzeniach bezprzewodowych tego rodzaju.
Aktywność komórek nerwowych jest rejestrowana dzięki zmianom fluorescencji, a dane z przetwornika trafiają bezprzewodowo do komputera. – Do zaprojektowania układu optycznego wykorzystaliśmy sztuczną inteligencję, a już na poziomie czujnika skompresowaliśmy dane około 25-krotnie – wyjaśnił Zhang Yuanlong, jeden z głównych autorów badania z Uniwersytetu Tsinghua.
Naukowcy sprawdzili możliwości urządzenia w specjalnie przygotowanym środowisku doświadczalnym o powierzchni około 5 metrów kwadratowych. Myszy mogły wspinać się po rampach, przechodzić przez tunele, korzystać z kryjówek i swobodnie poznawać otoczenie, a badacze jednocześnie obserwowali ich zachowanie oraz aktywność neuronów. Testy ruchowe nie wykazały istotnych różnic między zwierzętami wyposażonymi w mikroskop a tymi, które go nie nosiły.
W osobnym eksperymencie pięć myszy nosiło aparaty jednocześnie. Umożliwiło to zarejestrowanie aktywności ponad 20 tysięcy neuronów podczas ich wzajemnych interakcji. Do śledzenia poszczególnych zwierząt zespół wykorzystał również opracowany przez siebie system analizy obrazu SAM2Mice.
Szczególnie interesujące wyniki przyniósł eksperyment, w którym dwie myszy spotykały się w wąskim tunelu i rywalizowały o przejście. Na podstawie zarejestrowanej aktywności mózgowej model sztucznej inteligencji przewidywał zwycięzcę z dokładnością 81,8 proc. Wynik dotyczy tego laboratoryjnego testu rywalizacji, nie zaś przewidywania dowolnych zachowań zwierząt.
Urządzenie posłużyło również do eksperymentów w rozbudowanym labiryncie oraz do równoczesnego obrazowania aktywności mózgu i rdzenia kręgowego. Profesor Dai Qionghai wskazuje, że technologia może w przyszłości znaleźć zastosowanie w badaniach chorób układu nerwowego i rozwoju optycznych interfejsów mózg–komputer. Na obecnym etapie Airscope pozostaje narzędziem badawczym sprawdzonym w doświadczeniach na zwierzętach.
Źródła: Nature, Uniwersytet Tsinghua.
Zeskanuj, aby pobrać
