Японские ученые разработали метод создания мельчайших «меток» в мозге

Технологию, с помощью которой в областях мозга, где необходимо регистрировать активность, можно создавать очень маленькие «метки» для уточнения функциональной структуры глубоких областей мозга, разработали ученые из Технологического университета Тоёхаси в Японии (TUT). 5 января об этом сообщается в пресс-релизе университета.

Эти метки создаются путем пропускания микротока через вольфрамовые электроды, вставленные в мозг для регистрации мозговой активности. Эти метки не повреждают мозговую ткань и могут безопасно оставаться внутри мозга живого организма. Новая технология позволяет визуализировать с высоким разрешением распределение нейронов по всему мозгу с определенными функциональными характеристиками.

Результаты исследования новой методики, проведенного специалистами в области компьютерных наук и инженерии Тацуя Ойкава, Тошимицу Хара, Кенто Номура под руководством доцента Ковой Койдой с кафедры неврологии TUT были представлены в статье «Мелкомасштабный и минимально инвазивный метод маркировки для использования с обычными вольфрамовыми микроэлектродами», опубликованной в онлайн-версии журнала eNeuro.

Обычно подробные исследования с регистрацией активности глубоких областей мозга, таких как гиппокамп и таламус, используют проникающие в мозг иглоподобные микроэлектроды. Эти электроды при регистрации электрической активности нейронов, обладая преимуществом более высокого пространственно-временного разрешения, чем записи ФМРТ или ЭЭГ, позволяют регистрировать сигналы из тканей глубокой области мозга.

Однако после удаления такого электрода становится сложно определить, где именно в мозге располагался его наконечник. Для устранения этого недостатка широко используется метод размещения меток, называемый «маркировка».

Но существующие методы размещения меток имеют ограниченное пространственное разрешение. Так, максимальная степень пространственной точности, возможная при использовании обычных экспериментальных методов, составляет приблизительно 0,1 мм. Кроме того, эти методы приводят к повреждению тканей головного мозга.

Ойкава и его коллеги, изучая процессы при электролизе вольфрама, металла, обычно используемого для изготовления вышеупомянутых иглообразных электродов, разработали метод, при котором электролиз использовался для осаждения окисленного вольфрама в тканях глубокой области мозга.

Вольфрамовый электрод при электролизе выделяет пузырьки оксида металла и водорода при положительном и отрицательном токах соответственно. Быстрое чередование положительного и отрицательного напряжения многократно создает на кончике вольфрамового электрода микрочастицы оксида металла с последующим отделением их пузырьками водорода.

Этот процесс приводит к образованию в исследуем участке мозга небольшого комочка оксида, который служит меткой, указывающей точное местоположение наконечника электрода.

Исследователи, используя мозг мыши и обезьяны в качестве моделей для получения мельчайших оксидных комочков (диаметром всего 20 мкм) на кончике электрода, подтвердили возможность их формирования в мозге. Они также доказали, что ток, используемый для создания таких меток, и осажденные оксиды не повреждают ткани мозга.

Кроме того, ими было сделано открытие, что осажденные оксиды, по-видимому, светятся красным при стандартном окрашивании ткани головного мозга (окрашивание по Нисслю) и наблюдении под микроскопом с использованием освещения в темном поле. Эта отличительная характеристика помогает четко отличать метки от окружающего шума, облегчая тем самым идентификацию мелких меток с помощью маломощной микроскопии.

Руководитель исследования доцент Кова Коида отметил: «Мы обнаружили, что параметры тока, необходимые для электролиза, могут совпадать с параметрами, используемыми при активации нейронов током, подаваемым через электрод. По сути, безопасность организма, отмеченного с помощью нашего метода, уже была подтверждена в предыдущих экспериментах, связанных со стимуляцией током».

При этом, хотя ранее было широко известно, что воздействие током приводит к износу наконечников электродов, тот факт, что одновременно в мозге при его стимуляции осаждаются оксиды металлов, которые являются метками, оставался незамеченным, уточнил он.

В настоящее время Ойкава и его коллеги используют созданную ими технологию для определения микроскопической функциональной структуры латерального коленчатого ядра зрительного центра, расположенного глубоко в мозге макак. Нарабатывая таким образом примеры эффективного применения созданной ими технологии, ученые хотят способствовать ее широкому внедрению в качестве фундаментального метода в неврологии.

Поскольку метод, использующий электролиз металлов in vivo для осаждения, уже применялся в медицине, в том числе при лечении аневризм с использованием эмболизационных катушек, то он уже имеет определенный уровень доверия. Поэтому при объединении процессов измерения и осаждения в единую методику с использованием микроэлектродов, разработанные в этом исследовании технологии могут быть применены и в терапии некоторых паталогий, считают авторы статьи.