Mikroskop Berkelajuan Tinggi Dapat Menawarkan Pengertian mengenai Autisme, Skizofrenia
Kini ahli sains saraf di University of California, Los Angeles (UCLA) telah bergabung dengan ahli fizik untuk mengembangkan mikroskop berkelajuan tinggi yang tidak invasif yang dengan serta-merta menangkap ribuan neuron di otak ketika mereka berkomunikasi - atau dalam kes ini - salah berkomunikasi antara satu sama lain.
"Pada pandangan kami, ini adalah mikroskop eksitasi dua-foton terpantas di dunia untuk pengimejan tiga dimensi in vivo," kata profesor fizik UCLA Dr. Katsushi Arisaka, yang mengembangkan sistem pencitraan optik dengan Dr. Carlos Portera-Cailliau, penolong profesor UCLA neurologi dan neurobiologi, dan rakan sekerja.
Oleh kerana penyakit neuropsikiatrik seperti autisme, skizofrenia dan keterbelakangan mental biasanya tidak menunjukkan kerosakan otak fizikal, mereka dipercayai disebabkan oleh masalah kekonduksian - neuron tidak menembak dengan betul. Sel normal mempunyai corak aktiviti elektrik, kata Portera-Cailliau, tetapi aktiviti sel yang tidak teratur secara keseluruhan tidak menghasilkan maklumat berguna yang dapat digunakan otak.
"Salah satu cabaran terbesar bagi ilmu saraf pada abad ke-21 adalah memahami bagaimana berbilion-bilion neuron yang membentuk otak berkomunikasi antara satu sama lain untuk menghasilkan tingkah laku yang kompleks," katanya.
"Manfaat utama dari jenis penyelidikan ini akan datang dari menguraikan bagaimana corak aktiviti yang tidak berfungsi di kalangan neuron membawa kepada gejala yang merosakkan dalam pelbagai gangguan neuropsikiatrik."
Baru-baru ini, Portera-Cailliau menggunakan pencitraan kalsium, suatu kaedah di mana neuron mengambil pewarna pendarfluor. Ketika sel-sel api, mereka "berkedip seperti lampu di pokok Krismas," katanya. "Peranan kami sekarang adalah untuk menguraikan kod yang digunakan oleh neuron, yang terkubur dalam pola cahaya yang berkedip."
Namun, kata Portera-Cailliau, teknik itu mempunyai batasannya.
"Isyarat pewarna pendarfluor berdasarkan kalsium yang kami gunakan semakin pudar ketika kami melihat lebih jauh ke dalam korteks. Kami tidak dapat membayangkan semua sel, "katanya.
Juga, Portera-Cailliau dan pasukannya percaya bahawa mereka kehilangan maklumat penting kerana mereka tidak dapat menangkap bahagian otak yang cukup besar dengan pantas untuk mengukur penembakan kumpulan neuron individu. Itulah faktor utama yang mendorong Arisaka dan Adrian Cheng, salah seorang pelajar siswazahnya, untuk mencari kaedah merakam neuron dengan lebih pantas.
Mikroskop yang mereka kembangkan adalah mikroskopi dua-foton multifokus dengan spatio-temporal excitation-emission multiplexing (STEM). Ini adalah versi yang diubahsuai dari mikroskop pengimbas laser dua-foton yang merekodkan pewarna kalsium pendarfluor di dalam neuron, tetapi dengan sinar laser utama terbahagi kepada empat sinar yang lebih kecil.
Teknik ini membolehkan mereka merakam empat kali lebih banyak sel otak daripada versi asalnya, empat kali lebih cepat. Juga, sinar yang berbeza digunakan untuk merakam neuron pada berbagai kedalaman di dalam otak, memberikan gambar kesan 3-D yang benar-benar baru.
“Sebilangan besar kamera video dirancang untuk menangkap gambar dengan 30 gambar sesaat. Apa yang kami lakukan ialah mempercepat 10 kali ganda menjadi kira-kira 250 gambar sesaat, ”kata Arisaka. "Dan kami berusaha menjadikannya lebih pantas."
Hasilnya, katanya, "adalah video tiga dimensi beresolusi tinggi mengenai aktiviti rangkaian neuron pada haiwan hidup."
Portera-Cailliau sudah memperoleh keuntungan dari teknik pencitraan ini dalam kajiannya mengenai sindrom Fragile X, suatu bentuk autisme. Dengan menggunakan teknologi baru ini, dia dapat membandingkan korteks tetikus normal dengan tikus mutan Fragile X, dan menyaksikan kegagalan neuron pada otak Fragile X.
Kajian ini boleh didapati dalam jurnal edisi 9 Januari Kaedah Alam.
Sumber: Universiti California
