Georgia Üniversitesinden araştırmacılar yeni ışık tabakalı görüntüleme sistemi geliştirdi. Mikroskopta elektrikli ayarlanabilir lens ve uyarlamalı optikler kullanıldı. Bu sayede saniyede dört kez üç boyutlu beyin görüntüsü alınabiliyor. Araştırma, nöbetlerin yayılımını ve ilgili geninin etkisini incelemek için gerçekleştirildi. Sistemde nöbetlerin beynin arka bölgesinde başlayıp optik tectum(beynin görsel bilgileri işlemekten sorumlu) bölgesine yayıldığı görüldü. Zebra balığı larvaları üzerinde gerçekleştirilen araştırma Biomedical Optics Express dergisinde yayınlandı.
Çalışmada kullanılan Zebra balığı larvaları, sinirbilim araştırmalarında tercih edilen canlılar arasındadır. Beyin yapılarının ve temel işleyiş süreçlerinin insan beyniyle benzerlik taşıması, onları nöbet gibi mekanizmaları incelemek için elverişli kılıyor.
Araştırmada, ışık tabakalı mikroskopi yöntemi kullanılarak, incelenen biyolojik organizmaya (zebra balığı larvaları) yandan ince ışık tabakası gönderildi. Bu sayede geleneksel mikroskoplara kıyasla görüntüdeki bulanıklık oranı azalıyor. Teknoloji, canlı dokulara daha az zarar vermesi ve yüksek hızda veri toplayabilmesi sayesinde, beyin aktivitelerinin üç boyutlu ve gerçek zamanlı olarak izlenmesine olanak sağlıyor.
Sistemin hızlı çalışmasını sağlayan parça, elektrikli ayarlanabilir lens teknolojisidir. Lens, mekanik olarak hareket etmek yerine elektrik sinyalleriyle odak uzaklığını milisaniyeler içinde değiştirerek beynin farklı derinliklerindeki katmanları hızla tarayabiliyor. Araştırmacılar, lensin odak değişimini kameranın görüntü alma hızıyla milisaniye ölçeğinde senkronize ederek saniyede dört kez tam hacimli (3D) beyin görüntüsü elde ediyor. Bu yüksek hız, nöbet gibi çok kısa sürede beyne yayılan karmaşık olayların kesintisiz ve detaylı bir şekilde kaydedilmesini sağlıyor.
Doku derinliği artsa bile elde edilen görüntüler net
Mikroskopta, beynin derinliklerinden alınan görüntülerin kalitesini korumak için uyarlamalı optik (adaptive optics) adı verilen sistem kullanılıyor. Teknoloji, mikroskobun görüntü oluşturma sürecinde meydana gelen aberasyon yani optik kusurları ve bozulmaları anlık olarak tespit edip otomatik olarak düzeltiyor. Sistem, doku derinliği artsa bile elde edilen görüntülerin net, keskin ve yüksek çözünürlükte kalmasını sağlıyor .
Çalışmanın biyolojik aşamasında, gad1b geninin nöbet yayılımı üzerindeki etkisi inceleniyor. Gen, GABA (gama-aminobütirik asit) adlı nörotransmitterin kontrolünü sağlar. GABA, sinir sistemi boyunca hücreler arasında sinyal taşıyan kimyasaldır. Beyin gelişimi ve sinirsel sinyal iletimi için gerekli olduğu biliniyor. Bu genin işleyişindeki aksaklıklar veya GABA dengesinin bozulması, nöbetlerin oluşmasında ve beyne yayılmasında temel rol oynuyor.
Gözlemler, nöbetlerin beynin arka kısmında başladığını ve ardından öne, yani görsel bilgilerin işlendiği optik tektum bölgesine doğru yayıldığını gösteriyor. Nöbet dalgası bu bölgeye ulaştığında en şiddetli seviyesine yükseliyor ve ardından onlarca saniye içinde yavaş yavaş etkisini kaybediyor. Geliştirilen sistem, süreci 2,5 dakika boyunca kesintisiz olarak izledi ve toplam 600 farklı 3D hacim kaydı alarak nöbetin tüm aşamalarını kaydetti.
Sistem, araştırmacıların daha önce kullandığı yöntemlerden yedi kat daha hızlı çalışıyor. Eski sistemler tek bir 3D hacmi kaydetmek için yaklaşık 1,75 saniyeye ihtiyaç duyarken, yeni mikroskop saniyede dört tam hacim kaydedilebiliyor. Teknoloji, 499 x 499 x 150 mikronluk geniş bir alanı yüksek çözünürlükle tarayabiliyor. Yüksek hız ve hassasiyet, beyinde saniyeler içinde olup biten karmaşık nöbet hareketlerinin ayrıntı kaçırılmadan gerçek zamanlı olarak izlenmesini sağlaıyor.
Gelecekte teknolojinin, sadece epilepsi değil, birçok farklı beyin hastalığının tedavisi için yol gösterici olması bekleniyor. Araştırmacılar bir sonraki adımda, özellikle gad1b geni olmayan balıklar üzerinde daha fazla deney yapmayı ve görüntü kalitesini daha da artırmayı planlıyor. Bu sayede beynin nasıl çalıştığına dair daha derin bilgilere ulaşılarak daha etkili tedavi yöntemleri geliştirilebilir
Kaynak: Biomedical Optics Express.