Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе создали миниатюрный микроскоп для неинвазивной визуализации активности мозга мышей с высоким разрешением в режиме реального времени. Это устройство — значительный шаг вперед в изучении мозга. Нет сомнения, что его по достоинству оценят нейробиологи всего мира.
Профессор электротехники и вычислительной техники Вэйцзянь Янг (Weijian Yang) заявил, что его команде удалось создать технологию для визуализации активности мозга свободно движущихся и ведущих естественный образ жизни мышей. Устройство позволяет исследовать активность мозга и поведение животных в режиме реального времени, видеть, как активность мозга связана с поведением и восприятием. Исследование должно принести пользу здоровью человека, способствуя разработке новых и усовершенствованных терапевтических стратегий лечения заболеваний ЦНС.
Первая в своем роде система визуализации, известная как DeepInMiniscope, описана в статье, опубликованной 12 сентября в журнале Science Advances. Проект стал продолжением предыдущей работы Янга по созданию безлинзовой камеры, способной получать трехмерные изображения с помощью одной экспозиции.
Эта система визуализации хорошо подходила для крупных объектов в условиях минимального рассеяния света, например, для роботизированного зрения при сборке деталей. Однако она испытывала трудности с детализацией биологических или биомедицинских образцов. В живых тканях рассеяние света является преобладающим явлением, контрастность сигнала, как правило, низкая, а реконструкция сложных объектов в большом объеме пространства представляет собой трудноразрешимую задачу.
DeepInMiniscope решает эти проблемы благодаря новой конструкции маски, содержащей более 100 миниатюрных линз высокого разрешения. Новая нейронная сеть объединяет изображения с каждой линзы для трехмерной реконструкции.
Нейронная сеть DeepInMiniscope сочетает в себе различные подходы к машинному обучению. Алгоритмы позволяют мгновенно, точно и с высоким разрешением реконструировать мелкие детали в большом трехмерном пространстве. Используя этот инструмент, Ян и его исследовательская группа записали нейронную активность мыши в режиме реального времени.
Алгоритм сочетает в себе интерпретируемость, эффективность, масштабируемость и точность. Для него требуется лишь минимальный объем обучающих данных, но при этом он способен надежно и точно обрабатывать большие массивы информации на высокой скорости.
Мозговой микроскоп миниатюрен и эргономичен, мышь может удобно и безопасно его носить и свободно перемещаться. Ян стремится дать возможность нейробиологам изучать поведение животного в естественных условиях в режиме реального времени.
Площадь DeepInMiniscope составляет всего 3 квадратных сантиметра, что примерно равно размеру виноградины, а вес — примерно 10 граммов. Конечная цель Янга — устройство площадью 2 квадратных сантиметра, которое плотно, как шапочка, ляжет на голову мыши. Кроме того, в следующей версии Ян хочет сделать устройство беспроводным.
Давая возможность наблюдать за активностью мозга в режиме реального времени у свободно ведущих себя животных моделей, технология не только расширяет наше фундаментальное понимание того, как мозг обрабатывает информацию и управляет поведением, но и способствует улучшению нашего понимания расстройств головного мозга и разработке будущих терапевтических стратегий для людей.Вэйцзянь Янг
О подвигах лабораторных мышей во имя науки читайте в материале Hi-Tech Mail.
