Bleskové skenování mozku je tisíckrát rychlejší než dřív

- Technologie autor: Ladislav Loukota

Optické a elektronové mikroskopy nám napomohly v 21. století učinit celou řadu nových objevů o tom, jak funguje mozek. Jejich příslib však rozhodně není vyčerpán – nejnověji to dokazuje studie Massachusettského technologického institutu, která v praktických podmínkách dosáhla až tisícinásobného zrychlení zobrazovacích metod sledujících rozmístění neuronů a mozkových sítí obecně. Podařilo se díky tomu zobrazit části mozku myši a celý mozek mouchy v doposud nepoznané rychlosti.

Zobrazená část myšího mozku

Zobrazená část myšího mozku,zdroj: Gao et al./ Science

Na první pohled by se mohlo zdát, že ve světě mikroskopie se věci nemají kam vyvíjet. Opak je však pravdou a poslední desetiletí bylo plné celé řady nových pozorovacích metod, které dotáhly naši schopnost pozorovat titěrné jevy až na atomární hranici, popřípadě do podstatně rychlejší roviny. Nejnovější práce využívá metody light sheet mikroskopie (LSM), která staví na fluorescenční mikroskopii.

LSM osvětluje sledovaný vzorek pomocí dodatečného paprsku vytvarované do takové plochy, aby procházel oním vzorkem kolmo k objektivu. Díky tomu dochází k pozorování zmenšeného předmětu jenom v rovině ostrosti – a je tak možné oním předmětem otáčet, snímat jej z více úhlů a v součtu tudíž vytvářet trojrozměrný obraz.

Ruixuan Gao a Shoh Asano, dvojice vědců z amerického MIT, nyní využila rozšířené metody LSM nazvané "expanzní mikroskopie" k tomu, aby zobrazila nejjemnější vlastnosti mozkových buněk v zatím nepoznané kvalitě i rychlosti. Na počátku byl jejich chemický trik, který přiměl malé buněčné vzorky k získání většího objemu, díky čemuž se pak následně po zachycení jevily "ostřejší".

První pokusy na jednotlivých buňkách dopadly příznivě, vědci tak přistoupili k testování na větších skupinách tkání. Cílem bylo zobrazit ve vysoké kvalitě v nanoškále celé neuronové sítě o velikosti 1 milimetru a více. Obrátili se tak na LSM laboratoř pod vedením Erica Betziga, jejíž členové o možnosti metody zprvu pochybovali. 

Ve výsledku kombinace zvětšování tkáně a LSM přesto zafungovala překvapivě dobře a měla za výsledek rapidní skok v zobrazovacích možnostech mikroskopie. Vědci byli s to ve vysokém rozlišení zobrazit celý mozek mouchy během pouhých 62 a půl hodiny - s využitím elektronových mikroskopů by přitom stejné množství tkáně zobrazovali roky.

Specifické potřeby

"Dovedu si představit, že se blížíme okamžiku, kdy budeme schopni zobrazit deset muších mozků za den," sdělil Betzig. "Naším cílem je vytvořit mapy celých nervových systémů v rychlém čase," dodal vedoucí studie Ed Boyden.

Sledované vzorky samozřejmě nejsou zcela identické běžné mozkové tkáni - jejich zvětšení ještě přes LSM je ostatně polovinou pointy nového objevu. Přesto by sledování mozkových struktur v nové kvalitě mohlo napomoct našemu chápání toho, jak mozek funguje a co je trápí.

Prozatím podobná zobrazovací metoda může sloužit k lepšímu pochopení funkcí neuronů a neuronových sítí v organismech. Jinými slovy, jde o čistou vědu bez okamžité užitnosti. Možnost rapidního zobrazování sítí neuronů a jejich srovnání by však rozhodně byla velmi užitečná pro neurovědce sledující rozvoj a postup mozkových chorob.

Proponenty futuristických myšlenek "kopírování" lidského mozku a/nebo vědomí do digitální podoby však nejspíše napadne i možnost touto metodou zaznamenávat mozkovou aktivitu. Hypoteticky by tak bylo možné jednou, ve vzdálené budoucnosti takto vytvořit jakýsi počítačový analog digitální bytosti.

Momentálně ani aktuální zobrazovací metoda nedostačuje rychlosti a přesnosti potřebné pro podobné post-humanistické nápady. Důvodů je mnoho - mimo jiné je například nutné, aby byl sledovaný vzorek mrtvý a napuštěný expanzním gelem. Což je záznamu digitální bytosti jaksi prakticky nehodí. Je však znát, že se k podobně šíleným nápadů krůček po krůčku možná pomalu dostáváme. Zdali si však na něco takového počkáme generaci nebo století, je však zatím ve hvězdách.

Boydenovu práci publikoval časopis Science.

Tagy: věda a poznání inovace a technologie neurologie neurověda