DEEPscope, mikroskop inovatif dari Cornell, memungkinkan pencitraan otak dengan bidang yang dalam dan luas yang belum pernah ada sebelumnya, menangkap aktivitas saraf dengan kejernihan dan skala yang tak tertandingi.
Para peneliti di Cornell telah mengembangkan teknologi pencitraan canggih yang memungkinkan visualisasi aktivitas otak dalam dan luas yang belum pernah terjadi sebelumnya pada resolusi sel tunggal. Mikroskop inovatif ini, yang disebut DEEPscope, mengintegrasikan teknik mikroskop dua foton dan tiga foton untuk menangkap aktivitas saraf berskala besar dan detail struktural yang sebelumnya berada di luar jangkauan.
Mikroskop multifoton tradisional, yang merupakan landasan pencitraan jaringan dalam, menghadapi keterbatasan yang signifikan dalam kedalaman pencitraan dan bidang pandang, terutama pada jaringan biologis yang sangat tersebar seperti otak.
Untuk mencegah kerusakan termal, kedalaman pencitraan biasanya ditingkatkan dengan mengorbankan bidang pandang yang menyusut secara eksponensial, sehingga menyulitkan pengamatan jaringan saraf skala besar. DEEPscope mengatasi kendala ini dengan mengintegrasikan serangkaian teknik baru, memungkinkan peneliti memvisualisasikan wilayah otak yang luas pada kedalaman yang belum pernah terjadi sebelumnya.
Inovasi Utama DEEPscope
Kunci dari kemajuan ini adalah sistem eksitasi adaptif DEEPscope dan skema pemindaian poligon multi-fokus, yang memungkinkan pembangkitan fluoresensi yang efisien untuk pencitraan bidang pandang yang luas.
Inovasi ini memungkinkan untuk mencapai pencitraan resolusi tinggi pada 3,23 x 3,23 mm2 bidang dengan kecepatan pencitraan yang cukup untuk menangkap aktivitas saraf di lapisan kortikal terdalam otak tikus. Kemampuan untuk melakukan pencitraan dua-foton dan tiga-foton secara bersamaan semakin meningkatkan keserbagunaan sistem, memungkinkan eksplorasi mendetail pada wilayah dangkal dan dalam.
Dalam studi mereka, para peneliti menunjukkan kemampuan DEEPscope untuk menggambarkan seluruh kolom kortikal dan struktur subkortikal dengan resolusi sel tunggal. Mereka berhasil mencatat aktivitas saraf di bagian dalam otak tikus transgenik, mengamati lebih dari 4.500 neuron di lapisan kortikal dangkal dan dalam. Selain itu, DEEPscope memungkinkan pencitraan seluruh otak ikan zebra dewasa, menangkap detail struktural pada kedalaman lebih dari 1 mm dan melintasi bidang yang lebih lebar dari 3 mm—yang pertama dalam bidang ilmu saraf.
Implikasinya bagi Ilmu Saraf dan Selebihnya
“DEEPscope mewakili kemajuan signifikan dalam teknologi pencitraan otak,” kata Aaron Mok, penulis utama studi tersebut. “Untuk pertama kalinya, kami dapat memvisualisasikan sirkuit saraf kompleks pada hewan hidup dalam skala dan kedalaman yang begitu besar, memberikan wawasan tentang fungsi otak dan berpotensi membuka jalan baru untuk penelitian neurologis.”
Teknik-teknik yang ditunjukkan dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam mikroskop multifoton yang ada, sehingga dapat diakses untuk digunakan secara luas dalam ilmu saraf dan bidang lain yang memerlukan pencitraan jaringan dalam. Dengan mengatasi keterbatasan sebelumnya, DEEPscope menetapkan standar baru untuk pencitraan jaringan hidup yang luas, beresolusi tinggi, dan mendalam, yang menjanjikan untuk memajukan pemahaman kita tentang jaringan rumit otak dan perannya dalam kesehatan dan penyakit.
Referensi: “Mikroskop dua dan tiga foton dengan bidang pandang besar, resolusi sel tunggal untuk pencitraan dalam dan lebar” oleh Aaron T. Mok, Tianyu Wang, Shitong Zhao, Kristine E. Kolkman, Danni Wu, Dimitre G.Ouzounov, Changwoo Seo, Chunyan Wu, Joseph R. Fetcho dan Chris Xu, 32 Oktober 2024, eLight.
DOI: 10.1186/s43593-024-00076-4
