Un nuovo sistema di microscopia ad alta velocità sviluppato dal MIT permette di registrare l’attività elettrica distribuita in tutto il cervello di Danio rerio, noto anche come pesce zebra, con una risoluzione temporale di millisecondi. La ricerca, pubblicata su Nature Methods, supera i limiti dell’imaging del calcio, fornendo una lettura diretta dei potenziali neurali e aprendo una finestra sulle dinamiche cerebrali in tempo reale.
Nella pratica, questo approccio consente di osservare l’attività neurale in modo integrato, mostrando come diverse regioni collaborino in tempo reale per generare comportamenti e calcoli cerebrali complessi.
Osservare l’intera rete cerebrale a millisecondi
Rilevando direttamente le variazioni di potenziale, la tecnica permette di tracciare i segnali su una scala temporale di millisecondi. Questa capacità consente di vedere come diverse aree del cervello si coordinino come un insieme emergente, evitando di dover scegliere tra ampiezza geografica e dettaglio temporale.
La scansione raggiunge una cadenza di circa 200 volte al secondo, pari a un campionamento di circa 5 millisecondi, permettendo di osservare i singoli impulsi neuronali in tempo reale e di mappare la dinamica dell’attività su tutto l’encefalo.
Innovazioni hardware e genetica sperimentale
Per ottenere la risoluzione temporale necessaria, il team ha ottimizzato un microscopio a foglio di luce, aumentando la velocità di acquisizione della fotocamera e adottando una tecnica di rimescolamento focale remoto per accelerare la scansione tridimensionale. Questi accorgimenti consentono di catturare l’attività neurale su scale di tempo molto corte, riducendo i limiti tipici dell’imaging.
In parallelo, i neuroni delle larve di pesce zebra sono stati geneticamente ingegnerizzati per esprimere l’indicatore fluorescente Positron2-Kv, che permette al microscopio di interrogare l’intero encefalo 200 volte al secondo, ovvero ogni 5 millisecondi. Questa combinazione hardware-genetica è stata fondamentale per ottenere una visione d’insieme della rete cerebrale in tempo reale e per osservare come diverse popolazioni neuronali si coordinino durante la stimolazione.
Prospettive future e impatto sulle neuroscienze
Le rilevazioni hanno evidenziato la propagazione degli impulsi dall’area ottica verso altre strutture dell’encefalo, tra cui cervelletto e romboencefalo, durante l’esposizione a stimoli luminosi ultravioletti. Il progetto, sostenuto da enti come gli NIH e la BRAIN Initiative, punta ad aumentare la percentuale di neuroni osservabili e a estendere la metodologia ai modelli mammiferi, come i topi.
Questo approccio potrebbe rivoluzionare lo studio della mente, permettendo di osservare come nascono le decisioni, come si sviluppano le percezioni visive ed emozionali e di analizzare in modo più diretto le basi di patologie complesse quali epilessia, autismo e malattie neurodegenerative. L’uso di questa tecnologia apre nuove strade per una comprensione integrata delle dinamiche cerebrali a livello di intero cervello in tempo reale.
Fonte: webmagazine24.it
Fonte principale e immagine: MIT News – High-speed microscopy reveals electrical activity across the brain. Credit immagine: Courtesy of the researchers.