Los investigadores han desarrollado un endoscopio tan delgado como un cabello humano que puede visualizar la actividad de las neuronas en el cerebro de ratones vivos. Porque es tan delgado el endoscopio puede penetrar profundamente en el cerebro, dar a los investigadores acceso a áreas que no se pueden ver con microscopios u otros tipos de endoscopios.

"Además de utilizarse en estudios con animales para ayudarnos a comprender cómo funciona el cerebro, este nuevo endoscopio podría algún día ser útil para ciertas aplicaciones en personas, "dijo Shay Ohayon, quien desarrolló el dispositivo como investigador postdoctoral en el laboratorio de James DiCarlo en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. "Podría ofrecer una y así más cómodo, instrumento para la obtención de imágenes dentro de la cavidad nasal, por ejemplo."

El nuevo endoscopio se basa en una fibra óptica de solo 125 micrones de grosor. Debido a que el dispositivo es de cinco a diez veces más delgado que los microendoscopios más pequeños disponibles comercialmente, puede penetrar más profundamente en el tejido cerebral sin causar un daño significativo.

En la revista The Optical Society (OSA) Óptica Biomédica Express , los investigadores informan que el endoscopio puede capturar imágenes de resolución de escala micrométrica de neuronas encendidas. Esta es la primera vez que se han demostrado imágenes con un endoscopio tan delgado en un animal vivo.

"Con un mayor desarrollo, El nuevo microendoscopio podría usarse para obtener imágenes de la actividad neuronal en partes del cerebro que antes eran inaccesibles, como la corteza visual de modelos animales de primates. ", dijo Ohayon." También podría usarse para estudiar cómo las neuronas de diferentes regiones del cerebro se comunican entre sí ".

Adquirir imágenes de una fibra

El nuevo microendoscopio se basa en una fibra óptica multimodo, que puede transportar diferentes haces de luz al mismo tiempo. Cuando la luz entra en la fibra, se puede manipular para generar una pequeña mancha en el otro extremo, y se puede mover a diferentes posiciones en el tejido sin mover la fibra. El escaneo de la pequeña mancha a través de la muestra le permite excitar moléculas fluorescentes utilizadas para marcar la actividad neuronal. A medida que la fluorescencia de cada punto viaja a través de la fibra, se forma una imagen de la actividad neuronal.

"Para lograr un escaneo lo suficientemente rápido como para captar imágenes de las neuronas que se disparan, utilizamos un componente óptico conocido como dispositivo de espejo digital (DMD) para mover rápidamente el punto de luz, ", dijo Ohayon." Desarrollamos una técnica que nos permitió usar el DMD para escanear la luz a velocidades de hasta 20 kilohercios, que es lo suficientemente rápido para ver la fluorescencia de las neuronas activas ".

Debido a que las fibras multimodo utilizadas para el endoscopio codifican la luz, los investigadores aplicaron un método llamado conformación de frente de onda para convertir la luz codificada en imágenes. Para dar forma al frente de onda, enviaron varios patrones de luz a través de la fibra a una cámara en el otro extremo y registraron exactamente cómo esa fibra específica cambiaba la luz que pasaba. Luego se quitó la cámara, y la fibra colocada en el cerebro para obtener imágenes. La información obtenida previamente sobre cómo la fibra cambia la luz se usa para generar y escanear un pequeño punto en el campo de visión.

Imágenes de neuronas vivas

Después de obtener imágenes de células cultivadas con éxito, los investigadores probaron su microendoscopio en ratones anestesiados. Insertaron la fibra a través de un pequeño orificio en el cráneo de un ratón y la bajaron lentamente hasta el cerebro. Para visualizar las neuronas disparando, los investigadores utilizaron una técnica llamada imágenes de calcio que crea fluorescencia en respuesta al influjo de calcio que se produce cuando se activa una neurona.

"Una de las ventajas de usar un endoscopio tan delgado es que, al bajarlo al cerebro, puede ver todos los vasos sanguíneos y navegar por la fibra para evitar golpearlos, "dijo Ohayon.

Además de demostrar que su endoscopio podría captar una actividad neuronal detallada, los investigadores también demostraron que se podían usar múltiples colores de luz para obtener imágenes. Esta capacidad podría usarse para observar interacciones entre dos grupos de neuronas, cada uno etiquetado con un color diferente, por ejemplo.

Para imágenes estándar, el endoscopio toma imágenes de las neuronas en la punta de la fibra. Sin embargo, Los investigadores también demostraron que el microendoscopio podía obtener imágenes de hasta 100 micrones de distancia de la punta. "Esto es muy útil porque cuando la fibra se inserta en el cerebro, puede afectar la función de neuronas muy cercanas a la fibra, ", explicó Ohayon." Tomar imágenes de un área ligeramente alejada de la fibra facilita la captura de neuronas sanas ".

Lidiando con dobleces en la fibra

Una limitación del microendoscopio es que cualquier doblez en la fibra hace que pierda la capacidad de producir imágenes. Aunque esto no afectó los experimentos descritos en el documento porque la fibra se mantuvo recta mientras se empujaba hacia el cerebro, Resolver el problema de la flexión podría ampliar enormemente las aplicaciones del dispositivo. Varios grupos de investigación están trabajando en nuevos tipos de fibras que son menos susceptibles a la flexión y métodos computacionales que podrían compensar la flexión en tiempo real.

"Si este problema de flexión se puede resolver, Es probable que cambie la forma en que se realiza la endoscopia en las personas al permitir el uso de sondas mucho más delgadas. ", dijo Ohayon. Esto permitiría obtener imágenes más cómodas que los grandes endoscopios de hoy en día y podría permitir imágenes en partes del cuerpo que actualmente no son factibles".