GIT：新的透明“窗口”允许对大脑活动进行长期研究

一名研究人员开发了一个小窗口，使研究人员能够对大脑的视觉网络进行更清晰的长期成像。

　　

为了完成这项工作，研究人员需要一张可靠的“地图”，上面有所有大脑视觉区域的具体坐标。绘制地图需要监控和记录活跃、工作的大脑的数据，这通常意味着在颅骨上创建一个窗口来观察血流活动。

海德尔的团队已经开发出一种更好的方法——一种更稳定、更适合长期研究的新型窗口。佐治亚理工学院和埃默里大学华莱士·h·库尔特生物医学工程系的助理教授在2月份发表在《自然》杂志开放获取论坛《Scientific Reports》上的一篇论文中解释了这一过程。

为了获得大脑视觉网络的清晰图像，海德尔的实验室使用了一种被称为“血流成像”的成熟技术，它可以跟踪血液中的氧气，在小鼠观看视觉刺激时测量小鼠大脑的活跃和不活跃区域。为了捕捉强烈的血流信号，研究人员通常会通过减薄颅骨或将颅骨的一部分完全切除来创造一个颅骨窗口。这些程序会降低清醒的脉动大脑的稳定性——这不利于在成像后对同一视觉区域进行精细的电生理测量。

“标准窗口可以很好地显示血管系统，”海德尔说。“但不利的一面是，如果你和一只动物一起学习如何执行一项需要数周训练的复杂任务，而你想稍后从大脑中进行神经记录，如果头骨缺失或变薄，该区域就会受损。”

该团队的新颅窗系统可以在数周甚至数月的时间内进行高质量的血流成像和稳定的电子记录。秘密在于一种叫做Vetbond的外科胶水——它含有氰基丙烯酸酯——还有一扇小玻璃窗。

基本上，用微管在头骨上涂上一层薄薄的胶水，然后在上面放上一个弯曲的玻璃盖板。氰基丙烯酸酯创造了一种“透明的头骨”效果。海德尔的团队开发了新的窗口系统，然后审查产生的视觉大脑地图的准确性。

“有时候最简单的东西也有用。这种胶水创造了一个屏障，允许所有正常的生理过程在下面进行，但让骨骼透明，”海德尔说。“这就像给你的智能手机装上保护器。保护器在玻璃表面，但下面的一切都保持透明和功能。”

海德尔的方法将帮助他的团队实现更大的目标——测量大脑视觉通道中的神经元活动，了解神经交通堵塞如何减少我们的视觉注意力，以及这些过程如何导致自闭症患者的视觉障碍。多亏了西蒙斯基金会自闭症研究计划最近的支持，这项工作正在得到推动。

海德尔说，大脑功能的适当研究需要对神经活动进行可重复的测量，所以他已经将新的窗口系统公之于众。

“我们认为这将是其他研究人员的有用工具，”他说。“我们将代码、所有硬件、系统的所有规格等全部公开，这样其他人就可以自己尝试。我们设计它是为了用于视觉大脑的研究，但它也有可能用于研究其他大脑区域，让研究人员在保持大脑稳定和健康的同时进行长期实验。”

Armel Nsiangani, Joseph Del Rosario, Alan C. Yeh, Donghoon Shin, Shea Wells, Tidhar Lev-Ari, Brice Williams, Bilal Haider. Optimizing intact skull intrinsic signal imaging for subsequent targeted electrophysiology across mouse visual cortex. Scientific Reports, 2022; 12 (1)