O microscópio montado na cabeça revela dinâmica neurovascular de alta resolução em camundongos comporcionados livremente

Em um estudo publicado em Avanços científicosuma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Liu Chengbo, do Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT), da Academia Chinesa de Ciências, desenvolveu um microscópio montado na cabeça de 1,7 gramas. Este dispositivo inovador pode capturar simultaneamente a atividade neural e a hemodinâmica cerebral em camundongos em movimento livre, fornecendo uma nova ferramenta para explorar o acoplamento neurovascular (NVC) no cérebro e estudar distúrbios neurológicos.

O NVC representa a estreita relação temporal e regional entre atividade neural e fluxo sanguíneo cerebral e oxigenação. Quando a atividade neural é iniciada em uma região cerebral específica, a demanda metabólica dentro dessa região aumenta, levando a um fluxo sanguíneo aumentado para fornecer maiores quantidades de oxigênio e glicose, atendendo assim às necessidades metabólicas elevadas dos neurônios. Por outro lado, se as alterações patológicas dificultam a capacidade dos vasos cerebrais de fornecer oxigênio e energia suficientes, a atividade funcional da região cerebral correspondente será significativamente afetada.

As técnicas convencionais de imagem de NVC enfrentam desafios na obtenção de alta resolução espaciotemporal in vivo simultânea da atividade neuronal e do fluxo sanguíneo cerebral. Isso dificulta a captura com precisão da relação dinâmica entre atividade neural e alterações hemodinâmicas locais. Além disso, a maioria dos estudos existentes usa configurações fixadas na cabeça que não refletem o verdadeiro acoplamento neurovascular durante comportamentos naturais dos animais.

Neste estudo, os pesquisadores integraram microscopia de fluorescência confocal (CFM) e microscopia fotoacústica (PAM) em uma única sonda de imagem miniaturizada, pesando apenas 1,7 gramas. Essa abordagem de imagem de modal dupla obteve imagens simultâneas de disparo neuronal e hemodinâmica multi-paramétrica, como a saturação vascular do oxigênio a 0,78 Hz, com resolução lateral de 1,5 μm em campo de visto de 400 μm × 400 μm.

Para validar as capacidades de imagem de NVC do microscópio, os pesquisadores conduziram experimentos sobre ratos em movimento livre em vários estados fisiológicos, incluindo hipóxia sistêmica prolongada, estímulo sensorial rápido localizado e condições agudas de epilepsia.

Eles identificaram a resposta de acoplamento neurovascular neurovascular específica do tipo de célula a desafios hipóxicos, observou o papel ativo das arteríolas na manutenção de um nível seguro de oxigenação no córtex somatossensorial durante a estimulação sensorial e detectou a neuroilização de oxigênio na vasodilação.

“Nosso microscópio, pela primeira vez, permite imagens duplas modais em alta resolução espaço-temporal, melhorando nossa compreensão dos mecanismos de acoplamento neurovascular sem afetar o comportamento natural dos ratos”, disse o Prof. Liu. Este trabalho promete revelar os patomecanismos de várias doenças cerebrais.