Как мозг вырабатывает поведение? Изучение мозга во время поведения наиболее информативно, когда животное свободно взаимодействовать с окружающей средой любым способом, который оно выберет. Для этого требуются небольшие устройства, установленные на голове, которые обеспечивают доступ к мозгу, но не влияют на поведение животного.

"Нас интересует, насколько свободно ведущие себя животные используют зрение для принятия решений в повседневной жизни, и поскольку многие клетки мозга, которые, как считается, участвуют в этом процессе, расположены глубоко в зрительной коре, мы создали очень легкий микроскоп, установленный на голове, который может измерять активность этих клеток. нейроны, но не вмешивается в поведение животного. Мы сделали большой шаг к тому, чтобы, наконец, визуализировать мозговую активность глубоко в коре головного мозга животных, выполняющих естественное визуальное поведение", - сказал Джейсон Керр, директор отдела. поведения и организации мозга, Институт нейробиологии поведения Макса Планка (MPINB), Бонн, Германия.

В исследовании, опубликованном сегодня в Nature Methods, исследователи MPINB разработали миниатюрный 2-граммовый микроскоп с трехфотонным возбуждением, который обеспечивает ряд первых результатов. Впервые теперь стало возможным отображать нейронную активность на одноклеточном уровне из всех слоев коры головного мозга без необходимости вмешиваться в поведение животного, что стало возможным благодаря механизму дистанционной фокусировки. Его модульная конструкция также обеспечивает конфигурацию с высоким разрешением, которая позволяет выполнять функциональные записи нейронных сомат и дендритов.

Еще одной важной особенностью является то, что благодаря модифицированной детекторной системе микроскоп можно использовать в условиях полного освещения. "Устойчивость нашего нового миниатюрного микроскопа к окружающему свету позволяет нам отображать активность мозга, пока животное имеет доступ ко всему своему сенсорному репертуару. Теперь мы можем изучать визуально управляемое естественное поведение, такое как охота на добычу и избегание хищника", - говорит Александр Ключников, первый автор исследования.

Чтобы подтвердить дальность действия и стабильность нового миниатюрного трехфотонного микроскопа, команда сделала снимки глубоких кортикальных слоев 4 (L4) и 6 (L6), пока мыши свободно исследовали арену. Оказалось, что нейроны L4 и L6 были дифференциально модулированы в зависимости от освещения окружающей среды.

Поскольку микроскоп можно легко установить снова в точно таком же положении, те же самые популяции нейронов можно визуализировать в ходе последующих сеансов, растянутых на несколько дней. Это открывает возможность отслеживать изменения в активности мозга, например, во время обучения животного.