חלון לעומק המוח

מדענים מהטכניון וממכון הלמהולץ במינכן פיתחו טכנולוגיה חדשה לדימות תלת ממדי מהיר של אוכלוסיות תאי עצב נרחבות בעומק חסר תקדים

פרופ’ שי שהם

מדענים מהטכניון וממכון הלמהולץ במינכן פיתחו טכנולוגיה אופטו-אקוסטית חדשנית לדימות מוחי, המאפשרת ניטור תלת ממדי של אזורים המכילים מיליוני תאי עצב (נוירונים) במהירות ובעומק חסר תקדים. לטכנולוגיה זו יתרונות עצומים על פני הדימות האופטי המקובל.

המחקר, המתפרסם בכתב העת היוקרתי Light: Science & Applications מקבוצת Nature, התבצע בשיתוף פעולה בין פרופ’ שי שהם מהפקולטה להנדסה ביורפואית בטכניון, בוגר הטכניון פרופ’ דניאל רזנסקי ממרכז הלמהולץ והאוניברסיטה הטכנית של מינכן, וצוות חוקרים שכלל את ד”ר לואיס דין-בן וד”ר גלי סלע.

דימות מקיף ועמוק של המוח הוא תנאי הכרחי להבנת אופן הפעולה של המוח בבריאות ובחולי, וצפייה באוכלוסיות תאי עצב במוח ובאינטראקציות ביניהם היא מטרה מרכזית בפיתוח טכנולוגיות לדימות מוח. מכאן חשיבותה של השיטה החדשה, המאפשרת לדברי החוקרים “לצפות בכמות עצומה של תאי עצב ולראות כיצד המסרים עוברים ביניהם כמו שריפה בשדה קוצים. השיטה שלנו מאפשרת לצפות בהפעלת מעגלים עצביים גדולים, ואפילו במוח בשלמותו במקרה שמדובר בחיה קטנה. להערכתנו הטכנולוגיה תסייע בפיתוח טיפולים חדשים בהפרעות נוירולוגיות ופסיכיאטריות.”

בוגר הטכניון פרופ’ דניאל רזנסקי

המערכת החדשה, שזכתה לשם FONT (נוירו-טומוגרפיה אופטו-אקוסטית פונקציונלית), מבוססת על פולסים קצרים של לייזר הגורמים לתנודות זעירות וארעיות של הרקמה וכתוצאה מכך ליצירת גלי אולטרסאונד. תנודות אלה מנוטרות על ידי גלאים ייעודיים ומתורגמות לכדי תמונות תלת ממדיות של הרקמה. הטכנולוגיה החדשנית מבוססת על תגליתם של פרופ’ רזנסקי ושהם, לפיה לחלבונים הרגישים לריכוז סידן יש חתימה אופטו-אקוסטית המאפשרת ניטור פעילות מוחית. ניטור זה מתבסס על שינויים מהירים בריכוזי יוני הסידן הנלווים לפעילות המוח.

החוקרים בחנו את המערכת החדשה על מוחות של דגי זברה בוגרים. עם זאת, הם מציינים, הטכנולוגיה החדשה מאפשרת דימות של מוחות גדולים הרבה יותר שנפחם עד מאות מ”מ מעוקבים – עד פי 1,000 מהנפח המקסימלי האפשרי בשיטות הקיימות של דימות אופטי מיקרוסקופי, המוגבלות מאוד בעומק החדירה שלהן. למערכת החדישה יתרון עצום גם בממד הזמן – היא מבצעת את הדימות בקצב של 100 תמונות נפחיות בשנייה וכך מאפשרת מעקב גם אחר תהליכים מהירים כגון פעילות חשמלית בנוירונים.

למאמר המלא:http://dx.doi.org/10.1038/lsa.2016.201

תוצאות דימות של מוח דג הזברה. משמאל: דימות במיקרוסקופ פלורוסצניה אופטי מספק רק תמונה מטושטשת המוגבלת לפני השטח. מימין: הגישה האופטו-אקוסטית FONT, לעומת זאת, מספקת תמונה תלת ממדית ברזולוציה גבוהה ומידע מפורט על פעילות הנוירונים (נקודות כתומות) בזמן אמת, בכל רחבי המוח. צילום: מרכז הלמהולץ, מינכן