Met de nieuwe techniek kan ook de activiteit van hersencellen in dieper gelegen hersendelen direct worden gemeten (afb: Cell)

We doen wel heel geleerd over technieken om de hersens mee te bestuderen, maar in wezen kunnen we toch alleen maar goed volgen wat er aan het oppervlak gebeurt, in de hersenschors, en dan ook maar globaal. Dat is ook geen sinecure, want onze hersens bestaan uit miljarden, bewegende cellen. Met de verbeterde microscooptechniek (3p) die de onderzoekers van de Rockefelleruniversiteit hebben ontwikkeld zouden een onderzoekers een diepere ‘duik’ in ons brein kunnen maken.
Het is nog steeds martelen met de technieken om de hersens in beeld te brengen. Sommige technieken leveren prachtige plaatjes op, maar dat kost tijd. Met die technieken zijn processen die zich afspelen in de hersens niet te volgen. Met andere technieken is dat wel mogelijk maar vaak is het oplossend vermogen van die beeldtechnieken nogal bedroevend. Er zijn technieken ontwikkeld om resolutie en snelheid te combineren, maar die vertonen hun ‘kunsten’ alleen maar met relatief weinig cellen.
“Dat komt deels doordat de beperkingen die die concessies (aan snelheid of resolutie; as) opleveren niet systematisch zijn onderzocht”, zegt onderzoeker Alipasha Vaziri. Om daar een eind aan te maken, wierp hij zich met medeonderzoekers op de zogeheten tweefotonmicroscopie, een vorm van fluorescentiemicroscopie. Daarbij worden met een laser stukjes weefsel fluorescent gemaakt. Deze ook 2p genoemde techniek zou al enige tijd de gouden standaard voor hersenonderzoekers zijn.
Toch heeft ook die techniek haar beperkingen. Je moet daarmee het te bestuderen weefsel punt voor punt aftasten, waardoor het enige tijd duurt voordat je een samenhangend beeld hebt. Om dat probleem te ondervangen bewandelden Vaziri en zijn medeonderzoekers een nieuwe route, waardoor verschillende delen tegelijkertijd worden opgenomen.
Een ander nadeel van 2p is dat die slechts opnames van het oppervlak van weefsel kan maken. Vaziri: “Een van de grootste uitdagingen in de neurowetenschap is om beeldtechnieken te ontwikkelen die de activiteit van dieper gelegen hersendelen kunnen meten bij een hoge resolutie.”

3p

Om daar een mouw aan te passen besloten de onderzoekers gebruik te maken van een nieuwere techniek: 3p (het heeft wel wat van de strijd tussen de scheermesfabrikanten: hoeveel mesjes zijn nodig om je goed te scheren?). 3p dringt wel dieper door in weefsel. Samen met een verbeterde, zelfontwikkelde lasertechniek (HyMS) kunnen onderzoekers nu plaatjes maken van snelle celactiviteit tot diep in het hersenweefsel.
HyMS is, wat heet, een hybride laserstrategie. Die integreert volgens de onderzoekers ook andere technische verbeteringen, waarbij het idee is om zo veel mogelijk bioinformatie te verkrijgen via (multi)fotonexcitatie bij een zo laag mogelijke warmteproductie. Dat schijnt dus gelukt te zijn.

HyMS maakt de beeldtechniek snel, waardoor ook veranderingen goed zijn waar te nemen. Waar bij ‘oude’ technieken onderzoekers genoegen moesten nemen met de opname van een enkel vlak, ‘pakt’ de aangepaste techniek zo maar 12 000 neuronen tegelijkertijd (lijkt me ook niet erg veel, maar ik ben ook maar een leek; as) en, niet onbelangrijk, op verschillende dieptes in de hersens. “Tot nu toe konden we niet eens de activiteit waarnemen van neuronen in de hele hersenschors”, zegt Vaziri. “Met deze techniek kun je zien hoe de informatie loopt binnen de hersenschors en ook tussen de hersenschors en dieper gelegen delen.”
Ook zou de beeldtechniek te gebruiken zijn bij (proef)dieren in actie. In een recent experiment gebruikten de onderzoekers hun nieuwe ‘speeltje’ om bij muisjes die in een tredmolen liepen of naar geluiden luisterden duizenden hersencellen in de gaten te houden. Met deze techniek zou het makkelijker moeten worden erachter te komen hoe hersens informatie verwerken. Vaziri: “Om de dynamiek te begrijpen moet je nauwkeurige metingen van een groot deel van de hersens kunnen doen op het niveau van afzonderlijke cellen. Dat hebben we nu gedaan.”

Bron: EurekAlert