haber aydınlatma lighting
Farklı ışık dalga boylarına yanıt olarak elektriksel aktiviteyi tetikleyen proteinlere doğal olarak sahip olan algler bu buluşa esin kaynağı oldu. Bilim insanları çok geçmeden bu proteinleri genetik olarak memeli nöronlarına ekleyebileceklerini keşfetti. Yerleştirilen fiberoptik kablolardan gelen ışık ile aydınlatıldığında bu sensörler nöronları aktive etti.
Optogenetik sinir devrelerinin haritalanmasında tercih edilen bir araç haline geldi: nöron gruplarının aktivasyonu ya da baskılanması ve takip edilen davranışın gözle mlenmesi gibi. Bir fare korkup donakalabilir, daire çizerek koşabilir, agresifleşebilir ya da aşırı yemek yiyebilir ve bu davranışlarıyla manipüle edilen nöronların fonksiyonları hakkında bilgi verir.
Elbette bu araç bazı eleştiriler de aldı.
Başlıca dezavantajlarından biri pervasız doğasıydı. Normalde nöronlar nadiren koordine edilmiş bir şekilde aktive olur. Ama lazer demetinin beyin dokusuna tesir etmesiyle protein ışık sensörü ile donatılmış tüm nöronlar aynı anda aktive olur. Elbette optogenetik ile davranışları tetiklemek mümkün, ancak bu davranışlar için hangi nöronların gerekli olduğunu ve hangilerinin sadece ateş hattında kaldığını- ayırt edebilmek zorlu bir görevdi.
Çalışmanın yazarlarından Dr. Alan Mardinly, bilim insanlarının geleneksel optogenetikte şimdiden bazı değişiklikler yaptığını söyledi. Bunlardan biri, nöronlara aynı anda iki foton ile vurmak. Bu optik hile ile sadece bir alanın odaklanılarak aydınlatılması mümkün oluyor, ama daha fazla lazer gücü kullanılması gerekiyor.
Diğer hile mi? Hologramlar. Holografik Başarım
“ Holografik iki foton optogenetik” fikri yeni bir fikir değil. 2015 yılında Londra Üniversitesinde Dr. Michael Häusser öncülüğündeki uluslararası araştırma ekibi, uzamsal ışık modülatörü PowerPoint projektöre benzer bir aracın havalı ismi kullanarak bir dizi farklı hücre üzerine aynı anda bir ışık örüntüsü yansıtmanın bir yolunu açıkladı.
Mardinly bu teknolojinin aynı anda sadece birkaç nöronu hedefleyebildiğini belirtti, ve ışığın düz bir hat üzerinde yayılması nedeniyle nöronlar üzerine bir hologram yansıtılması, istemeden de olsa hedeflenen nöronların üstünde ve altındaki nöronların da aydınlatılması anlamına gelebilir.
Pégard,“ Holografi iyi ama yeterince iyi değil,” diyor.“ 3D-SHOT adını vererek geliştirmiş olduğumuz şey, ışığı tek bir nörondan daha büyük olmayacak kadar küçük bir alana odaklamamıza imkan tanıyan bir çeşit gelişmiş holografi ve bu da bize istediğimiz hedefleme kesinliğini sunuyor.”
Ekip bu hologramı üretmek için lazer demetlerini ufacık noktalara odaklayarak ışığa yön veren bir uzamsal ışık modülatörü kullandı. Bu da kalabalık bir statta her biri elinde bir ayna tutan insanlardan bu aynaları kullanarak güneş ışığını saha da bulunan tek bir çim parçasına odaklamalarını istemek gibi bir şey tek farkı çok daha küçük bir ölçekte olması.
Asıl mesele ise bu holografik teknolojinin, ışığın tek bir düzleme odaklanmasına imkan tanıyan temporal odaklama ile bir araya getirilmesiydi. Mardinly, bu ikisinin bir araya getirilmesinin geçtiğimiz dönemde teknolojik bir zorluk olduğunu belirtti.
The inspiration came from algae, which naturally have protein sensors that trigger electrical activity in response to different wavelengths of light. Scientists soon discovered that they could genetically insert these proteins into mammalian neurons. When illuminated with light from implanted fiber optic cables, the sensors sparked neurons into action.
Optogenetics became the go-to tool for mapping neural circuits: fire up or suppress groups of neurons and observe the resulting behavior. A mouse may freeze in fear, run in circles, become aggressive, or binge on food, thus hinting at the functions of those manipulated neurons.
But The Tool Wasn’ t Without Critics
A big drawback was its blunt nature. Normally, neurons fire sparsely in a coordinated dance. But because the laser beam hits a chunk of brain tissue, it simultaneously activates all neurons equipped with the protein light sensor within the nugget. Sure, optogenetics could trigger behaviors, but teasing apart which neurons were necessary for those behaviors and which were simply caught in the crossfire was tricky, if not impossible.
Scientists have already made some neat tweaks to conventional optogenetics, explained study author Dr. Alan Mardinly to Singularity Hub. One is to zap neurons with two photons simultaneously. This optical trick helps focus illumination of one plane only, but uses a lot more laser power.
The other trick? Holograms. Holographic Hot-Shot
The idea for deep breath“ holographic two-photon optogenetics” isn’ t new. Back in 2015, an international team led by Dr. Michael Häusser at University College London, UK, described a way to project a light pattern onto a set of different cells simultaneously using a spatial light modulator a fancy name for a tool similar to a PowerPoint projector.
But the technology could only target a few neurons at the same time, explained Mardinly. And because light propagates in a straight line, shining a hologram onto neurons could inadvertently illuminate other neurons above and below the targeted ones.
“ Holography is good, but not good enough,” said Pégard.“ What we have developed, which is called 3D-SHOT, is an advanced type of holography that allows us to focus light in extremely small spots that are no bigger than a single neuron, and it gives us the targeting specificity we want.”
To generate the hologram, the team used the spatial light modulator to steer light in a way that concentrates the laser beams into tiny spots. It’ s similar to asking people in a crowded stadium, each equipped with a mirror, to specifically position those mirrors in a way that magnifies sunlight onto a tiny blade of grass in the field just at a much smaller scale.
The crux was to marry this holographic technology with temporal focusing, which allows light to focus on a single plane. Combining the two was previously very technologically challenging, said Mardinly.
But the end result was well worth the struggle: rather than illuminating small columns of neurons, 3D-SHOT can target select neurons very precisely in space.
Haziran June 2018 www. sektorumdergisi. com
195