الگوریتم جدید برای ثبت فعالیت نورون های مغز

با کمک این الگوریتم دانشمندان می‌توانند سیگنال‌های صدها هزار نورون را با یک بار ضبط کردن فعالیت آن‌ها مشخص کنند. علی‌پاشا وزیری رئیس آزمایشگاه نوروتکنولوژی و بیوفیزیک دانشگاه راکفلر، گفت: هدف ما درک بهتر عملکرد مغز از طریق نظارت بر دینامیک شبکه‌های سه ‌بعدی به هم‌ متصل از نورون‌ها است.

وزیری و همکارانش در این تحقیق نورون‌های مغز موش‌ها را به گونه‌ای مهندسی کردند که تلالو داشته باشند، زیرا هرچه سیگنال‌های این نورون‌ها قوی‌تر باشند، سلول‌های آن‌ها نیز درخشان‌تر خواهند بود. برای ثبت فعالیت نورون‌های مغز، بطور معمول دانشمندان از روش‌های موسوم به میکروسکوپی میدان نور استفاده می‌کنند. در این روش، آرایه‌ای از لنزها، نماهایی از بافت مغز را از جوانب مختلف ثبت کرده و در ادامه محققان این تصاویر را برای خلق یک تصویر سه ‌بعدی با یکدیگر ادغام می‌کنند.

روش فوق یک مشکل اساسی داشت، زیرا برای ثبت همزمان فعالیت تمامی نورون‌ها، تصاویر باید به طور همزمان و توسط یک دوربین ثبت شود و این موضوع تشخیص سیگنال‌های منتشر شده از تمام سلول‌ها را مشکل می‌سازد، چون نور نورون‌های مغز موش‌ها از بافت‌های مورب و احاطه ‌کننده بازتاب پیدا می‌کند. به همین دلیل در مطالعات پیشین، نورن ها بصورت انبوهی از سلول‌های غیرمجزا در تصویر نمایش داده‌ می‌شدند و این تصاویر نمی‌توانست در مطالعه رفتار سلول‌های منفرد کمک چندانی بکند.

الگوریتمی که وزیری و همکارانش تهیه کردند امکان ثبت و ضبط همزمان مکان نورون‌های منفرد و همچنین زمان انتشار سیگنال‌های آن‌ها را فراهم می‌کند. این تیم تحقیقاتی با استفاده از این الگوریتم هماهنگی‌های دقیق صدها نورون فعال در مغز موش‌ها را در بازه زمانی طولانی رهگیری کرند. این موش‌ها بیدار بوده و امکان راه رفتن بر روی یک تردمیل مخصوص را نیز داشتند. علاوه بر این، الگوریتم جدید توانست سیگنال‌های موجود در داخل بخش سه‌بعدی مغز که حاوی چند لایه نورون بود، را ثبت نمابد.

الگوریتم وزیری و همکارانش با کاهش قابل ملاحظه زمان و منابع مورد نیاز برای محاسبه و تولید تصاویر سه بعدی، توانست مسیر را برای انجام آزمایش‌های پیشرفته‌تر در این زمینه هموار می‌کند. جزئیات این پژوهش در مجله Nature Methods منتشر شد.