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# Biologia# Neurociência

Novos Métodos para Estudar o Cérebro e o Comportamento

Cientistas estão melhorando ferramentas pra conectar a atividade cerebral com o comportamento de forma mais precisa.

Pascha Matveev, Anna J. Li, Zhiwen Ye, Anna J. Bowen, Ximena Opitz-Araya, Jonathan T. Ting, Nicholas A. Steinmetz

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Na neurociência, um dos grandes objetivos é conectar o que fazemos - nossos comportamentos - com o que acontece nos nossos cérebros. Por um bom tempo, os cientistas usaram métodos como fazer cortes em áreas do cérebro ou usar remédios pra ver como as partes do cérebro mudam o comportamento. Mas esses métodos eram lentos e nem sempre precisos. Graças a um novo ferramenta, chamada Optogenética, os pesquisadores podem brincar com as células do cérebro de forma mais precisa e rápida.

Mas tem um porém. Mesmo com essas ferramentas legais, descobrir como a mudança na atividade cerebral afeta o comportamento nem sempre é simples. Às vezes, o que acontece no cérebro não combina diretamente com as mudanças de comportamento, tornando tudo um pouco complicado.

Pra resolver esse quebra-cabeça, os cientistas estão procurando maneiras de observar a atividade cerebral e mudá-la ao mesmo tempo. Isso pode ajudar a ver imediatamente como as mudanças no cérebro afetam o comportamento. Além disso, eles podem criar sistemas inteligentes pra garantir que as mudanças no cérebro aconteçam exatamente como necessário, toda vez.

Observando a Ação do Cérebro

Um método que já existe há um tempo se chama “imagens de campo amplo”. Imagine uma câmera que pode ver uma parte grande do cérebro em vez de só um pedacinho. Essa técnica usa luzes especiais pra identificar a atividade cerebral e, quando combinada com as ferramentas certas, consegue mostrar as mudanças na atividade cerebral enquanto um camundongo pensa ou se move.

Com o passar dos anos, os cientistas descobriram como usar essa técnica em camundongos, que é útil porque seus crânios são finos o suficiente pra câmera ver através. Eles também fizeram algumas modificações nos camundongos pra que os cientistas pudessem ver a atividade das células cerebrais ainda melhor. Isso significa que os pesquisadores agora podem observar várias partes do cérebro brilhando conforme o camundongo reage ao que tá acontecendo ao seu redor.

Brincando com o Cérebro

Ao mesmo tempo, os cientistas estão usando a optogenética, que significa que eles podem iluminar células cerebrais específicas pra ligá-las ou desligá-las. Esse método é tipo um controle remoto pra atividade cerebral. Por exemplo, se eles quiserem acalmar uma parte hiperativa do cérebro, podem iluminar essa área e ver os efeitos.

Combinar esses dois métodos - observar e mudar a atividade cerebral - pode fornecer uma visão mais clara de como diferentes células do cérebro trabalham juntas pra criar nossos pensamentos e ações.

Novas Ferramentas para Novas Trapaças

Agora, os pesquisadores criaram um novo gadget: um microscópio customizado. Esse gadget permite que os cientistas vejam várias partes do cérebro e alterem a atividade ao mesmo tempo. Usando camundongos especiais que podem mostrar Sinais de Cálcio (que indicam atividade cerebral) junto com os métodos optogenéticos, os pesquisadores conseguem ver como uma parte do cérebro afeta outra sob várias condições.

Com esse setup, os cientistas podem realizar múltiplos testes no mesmo camundongo ao longo de semanas sem perder precisão. Eles conseguem até mapear como a atividade cerebral se espalha em resposta à estimulação, descobrindo até onde os efeitos chegam. Imagine enviar uma onda por um lago e rastrear até onde vai - é isso que os pesquisadores podem fazer com os sinais cerebrais.

Testando as Águas

Pra testar esse novo sistema, os cientistas iluminaram partes do cérebro com um laser enquanto observavam os resultados. Eles descobriram que, quando usaram o laser com uma certa intensidade, podiam suprimir a atividade em áreas específicas, o que significa que podiam abaixar partes do cérebro como se fossem um botão de volume.

Eles até descobriram como diferentes tempos de exposição à luz podem produzir efeitos variados. Quanto mais tempo a luz ficava ligada, mais tempo o cérebro permanecia quieto depois. Isso mostrou que eles poderiam controlar a atividade cerebral com precisão.

Mantendo Estável

Um aspecto impressionante desse novo sistema é sua confiabilidade. Mesmo depois de muitas semanas, os efeitos das manipulações cerebrais se mantiveram estáveis. Isso significa que se um cientista encontrou uma configuração ou método específico, ele poderia usá-lo novamente depois sem precisar ajustar muito. É como encontrar uma receita secreta que sempre fica boa.

Luz e Visão

No entanto, teve uma reviravolta na história. Enquanto iluminavam o Córtex Frontal, os cientistas notaram uma atividade inesperada no Córtex Visual. Isso provavelmente aconteceu porque a luz estava entrando e afetando os olhos, fazendo com que os camundongos vissem coisas, mesmo que deviam se concentrar em outra coisa.

Pra lidar com isso, os cientistas testaram alguns truques visuais pra adaptar os olhos. Quando fizeram isso, conseguiram reduzir as respostas visuais enquanto mantinham as manipulações da atividade cerebral intactas. Isso significa que, com um pouco de preparação, eles poderiam diminuir a chance de os camundongos reagirem à luz que estavam iluminando.

Olhando pra Frente

Com essa combinação de ferramentas e técnicas, os cientistas podem estudar como o cérebro funciona em mais profundidade. Eles podem examinar como diferentes partes do cérebro se comunicam entre si enquanto conectam as atividades cerebrais com ações e pensamentos.

Essa pesquisa pode ajudar a responder muitas perguntas difíceis sobre como nossos cérebros guiam nossos comportamentos e como podemos corrigir problemas quando esses caminhos dão errado.

Conclusão

Então, o futuro parece brilhante - bem literalmente! Com seus novos brinquedos, os cientistas estão prontos pra aprender muito mais sobre a fascinante conexão entre o que acontece na nossa cabeça e o que fazemos no mundo ao nosso redor. E quem sabe? Eles podem até encontrar maneiras de ajudar quem tem desafios relacionados ao cérebro a se sair um pouco melhor na vida.

Como uma última reflexão, vamos torcer pra que eles não comecem a usar essas técnicas pra manipular nossas escolhas de lanche - imagina um mundo onde brócolis vence o chocolate!

Fonte original

Título: Simultaneous mesoscopic measurement and manipulation of mouse cortical activity

Resumo: Dynamics of activity across the cerebral cortex at the mesoscopic scale -- coordinated fluctuations of local populations of neurons -- are essential to perception and cognition and relevant to computations like sensorimotor integration and goal-directed task engagement. However, understanding direct causal links between population dynamics and behavior requires the ability to manipulate mesoscale activity and observe the effect of manipulation across multiple brain regions simultaneously. Here, we develop a novel system enabling simultaneous recording and manipulation of activity across the dorsal cortex of awake mice, compatible with large-scale electrophysiology from any region across the brain. Transgenic mice expressing the GCaMP calcium sensor are injected systemically with an adeno-associated virus driving expression of the ChrimsonR excitatory opsin. This strategy drives expression of the blue-excited calcium indicator, GCaMP, in excitatory neurons and red-excited Chrimson opsin in inhibitory neurons. We demonstrate widefield single-photon calcium imaging and simultaneous galvo-targeted laser stimulation over the entire dorsal cortical surface. The light channels of the imaging and the opsin do not interfere. We characterize the spatial and temporal resolution of the method, which is suitable for targeting specific cortical regions and specific time windows in behavioral tasks. The preparation is stable over many months and thus well-suited for long-term behavioral experiments. This technique allows for studying the effect of cortical perturbations on cortex-wide activity, on subcortical spiking activity, and on behavior, and for designing systems to control cortical activity in closed-loop.

Autores: Pascha Matveev, Anna J. Li, Zhiwen Ye, Anna J. Bowen, Ximena Opitz-Araya, Jonathan T. Ting, Nicholas A. Steinmetz

Última atualização: 2024-11-01 00:00:00

Idioma: English

Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.01.621418

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.01.621418.full.pdf

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

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