Исследователи из Университета Миннесоты разработали уникальный напечатанный на 3D-принтере прозрачный имплантат черепа для мышей, который дает возможность наблюдать за активностью всей поверхности мозга в режиме реального времени. Устройство позволяет проводить фундаментальные исследования мозга, которые могут дать новое представление о таких состояниях человеческого мозга, как сотрясение мозга, болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона.
Исследование опубликовано в Nature Communications. Исследователи также планируют коммерциализировать устройство, которое они называют See-Shell.
Что мы пытаемся сделать, так это посмотреть, сможем ли мы визуализировать и взаимодействовать с большими частями поверхности мозга мыши, называемой корой, в течение длительных периодов времени. Это даст нам новую информацию о том, как человеческий мозг мозг работает», - сказал Сухаса Кодандарамайя, доктор философии, соавтор исследования и доцент кафедры машиностроения Университета Миннесоты Бенджамин Мэйхью в Колледже науки и инженерии. «Эта технология позволяет нам увидеть большую часть коры в действии с беспрецедентным контролем и точностью, одновременно стимулируя определенные части мозга».
В прошлом большинство ученых изучали небольшие области мозга и пытались понять их в деталях. Однако теперь исследователи обнаружили, что то, что происходит в одной части мозга, вероятно, влияет на другие части мозга в то же время.
В одном из первых исследований с использованием устройства See-Shell изучается, как легкие сотрясения в одной части мозга влияют на другие части мозга по мере его структурной и функциональной реорганизации. Кодандарамайя сказал, что мозг мыши во многих отношениях очень похож на мозг человека, и это устройство открывает двери для аналогичных исследований на мышах, изучающих дегенеративные заболевания мозга, поражающие людей, такие как болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона..
Технология позволяет исследователям впервые увидеть глобальные изменения с беспрецедентным временным разрешением. На видео, снятом с помощью устройства, изменения яркости мозга мыши соответствуют возрастанию и убыванию нейронной активности. Тонкие вспышки - это периоды, когда весь мозг внезапно становится активным. Исследователи все еще пытаются понять причину такой глобальной скоординированной активности и ее значение для поведения.
«Эти исследования мы не могли провести на людях, но они чрезвычайно важны для нашего понимания того, как работает мозг, чтобы мы могли улучшить лечение людей, которые перенесли травмы или заболевания головного мозга», - сказал Тимоти Дж. Эбнер, доктор медицинских наук, соавтор исследования, профессор Миннесотского университета и заведующий кафедрой неврологии Медицинской школы.
Чтобы сделать See-Shell, исследователи отсканировали в цифровом виде поверхность черепа мыши, а затем использовали цифровое сканирование для создания искусственного прозрачного черепа, который имеет те же контуры, что и оригинальный череп. Во время точной операции верхняя часть черепа мыши заменяется прозрачным черепом, напечатанным на 3D-принтере. Устройство позволяет исследователям одновременно записывать активность мозга и визуализировать весь мозг в режиме реального времени.
Еще одно преимущество использования этого устройства заключается в том, что тело мыши не отторгало имплантат, а это означает, что исследователи могли изучать мозг одной и той же мыши в течение нескольких месяцев. Исследования на мышах в течение нескольких месяцев позволяют исследователям изучать старение мозга таким образом, на который у людей ушли бы десятилетия.
«Это новое устройство позволяет нам наблюдать за активностью мозга на самом маленьком уровне, увеличивая отдельные нейроны и одновременно получая общее представление о большой части поверхности мозга с течением времени», - сказал Кодандарамайя.«Разработка устройства и демонстрация его работы - это только начало того, что мы сможем сделать для продвижения исследований мозга».