2광자 형광 현미경으로 미래를 엿볼 수 있습니다.

2광자 형광현미경은 인류가 오직 생각만을 사용하여 주변 환경과 상호 작용할 수 있는 능력에 한 걸음 더 다가서게 해줍니다.

Monitoring brain activity has been a core component of neuroscience since the capability first emerged. The human brain is less understood than the universe and oceans. As such, there's a massive effort to unravel the mysteries that lie within your mind. Now, researchers can delve deeper into mental activity in real time using a revolutionary two-photon fluorescence microscope method. Here's what you need to know.

뇌 활동을 모니터링하는 것은 이 기능이 처음 등장한 이후 신경과학의 핵심 구성 요소였습니다. 인간의 두뇌는 우주와 바다보다 덜 이해됩니다. 따라서 마음속에 있는 미스터리를 풀기 위해 엄청난 노력을 기울이고 있습니다. 이제 연구자들은 혁신적인 2광자 형광 현미경 방법을 사용하여 정신 활동을 실시간으로 더 깊이 조사할 수 있습니다. 당신이 알아야 할 사항은 다음과 같습니다.

Understanding brain activity is crucial for many industries, including treating neurological diseases like Alzheimer's. Scientists have spent considerable effort unraveling how neurons communicate and interact during thought. The goal of this research is to fully understand complex neural interactions down to cellular resolution.

뇌 활동을 이해하는 것은 알츠하이머병과 같은 신경 질환 치료를 포함한 많은 산업에서 매우 중요합니다. 과학자들은 생각하는 동안 뉴런이 어떻게 의사소통하고 상호작용하는지를 밝히기 위해 상당한 노력을 기울였습니다. 이 연구의 목표는 복잡한 신경 상호 작용을 세포 분해능까지 완전히 이해하는 것입니다.

Researchers hope to use this data to shed light on fundamental brain functions which could one day lead to improved learning, memory, decision-making, and health care. To accomplish this task they created an advanced two-photon imaging tool capable of tracking dynamic neural processes in real-time, enabling a deeper insight into the brain during learning, activities, and disease states.

연구자들은 이 데이터를 사용하여 언젠가 학습, 기억, 의사 결정 및 건강 관리 개선으로 이어질 수 있는 기본적인 뇌 기능을 밝히기를 희망합니다. 이 작업을 수행하기 위해 그들은 실시간으로 동적 신경 프로세스를 추적할 수 있는 고급 2광자 이미징 도구를 만들어 학습, 활동 및 질병 상태 동안 뇌에 대한 더 깊은 통찰력을 제공했습니다.

Current Methods of Registering Brain Activity

뇌 활동을 등록하는 현재 방법

There are several methods of registering brain activity in use today. These approaches have helped the industry develop to this date. However, they do have some significant drawbacks including that they take more time to monitor activity, can be harmful to the patient, and are cost-prohibitive. The two most common methods in use today include Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) and Electroencephalography (EEG).

오늘날 뇌 활동을 등록하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 이러한 접근 방식은 업계가 현재까지 발전하는 데 도움이 되었습니다. 그러나 활동을 모니터링하는 데 더 많은 시간이 걸리고 환자에게 해로울 수 있으며 비용이 많이 든다는 점을 포함하여 몇 가지 중요한 단점이 있습니다. 오늘날 가장 널리 사용되는 두 가지 방법에는 기능적 자기 공명 영상(fMRI)과 뇌파 검사(EEG)가 있습니다.

Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI)

기능성 자기공명영상(fMRI)

Functional Magnetic Resonance Imaging is one of the most advanced methods used to monitor brain waves today. This non-invasive procedure integrates magnetic fields and radio waves to create a 3D image of your brain's electromagnetic pulses. This strategy marked a major improvement over previous options as it allowed researchers to zoom in on a particular set of neurons, improving their overall understanding of brain activity greatly.

기능성 자기공명영상(Functional Magnetic Resonance Imaging)은 오늘날 뇌파를 모니터링하는 데 사용되는 가장 진보된 방법 중 하나입니다. 이 비침습적 절차는 자기장과 전파를 통합하여 뇌 전자기 펄스의 3D 이미지를 생성합니다. 이 전략은 연구자들이 특정 뉴런 세트를 확대하여 뇌 활동에 대한 전반적인 이해를 크게 향상시킬 수 있으므로 이전 옵션에 비해 크게 개선되었습니다.

Electroencephalography (EEG)

뇌파검사(EEG)

Another method that you may have seen in movies is Electroencephalography. This approach measures your brain's electrical activity. Patients need to place special sensors on their scalp that are sensitive to electrical currents. This method of tracking brain waves has been used since 1975 when Richard Caton first used it to track the electrical pulses found in rabbits' and monkeys' brains with success.

영화에서 본 또 다른 방법은 뇌파검사(Electroencephalography)입니다. 이 접근법은 뇌의 전기적 활동을 측정합니다. 환자는 전류에 민감한 특수 센서를 두피에 배치해야 합니다. 뇌파를 추적하는 이 방법은 Richard Caton이 처음으로 토끼와 원숭이의 뇌에서 발견된 전기 펄스를 성공적으로 추적하는 데 사용한 1975년부터 사용되었습니다.

Since then, this method of registering brain activity has improved significantly. In the 1950s, the first modern iteration of the EEG was introduced. It served faithfully as the primary method of tracking brain waves into the 1980s. In 1988, it was used to enable a person, to control a robot and is still used by many researchers.

그 이후로 뇌 활동을 등록하는 이 방법은 크게 개선되었습니다. 1950년대에 EEG의 최초 현대적 버전이 도입되었습니다. 이는 1980년대까지 뇌파를 추적하는 주요 방법으로 충실히 사용되었습니다. 1988년에는 사람이 로봇을 제어할 수 있도록 하는 데 사용되었으며 지금도 많은 연구자들이 사용하고 있습니다.

Study

공부하다

The study “High-speed two-photon microscopy with adaptive line-excitation” was published in Optica revealing how two-photon microscopy can provide unmatched high-speed images of neural activity. These photos were made at a cellular resolution using a purpose-built two-photon fluorescence microscope.

"적응형 선 여기를 이용한 고속 2광자 ​​현미경"이라는 연구는 Optica에 게재되어 2광자 현미경이 어떻게 비교할 수 없는 신경 활동의 고속 이미지를 제공할 수 있는지를 보여줍니다. 이 사진은 특별히 제작된 2광자 형광 현미경을 사용하여 세포 해상도로 촬영되었습니다.

Two-Photon Fluorescence Microscope

2광자 형광현미경

The Two-Photon fluorescence microscope is capable of providing vibrant images deep into brain tissue. To accomplish this task, the mechanism introduces an adaptive sampling structure. This structure would be repeated throughout the experiment to create dynamic 3d images and maps of brain activity.

2광자 형광 현미경은 뇌 조직 깊숙한 곳까지 생생한 이미지를 제공할 수 있습니다. 이 작업을 수행하기 위해 메커니즘은 적응형 샘플링 구조를 도입합니다. 이 구조는 실험 전반에 걸쳐 반복되어 동적 3D 이미지와 뇌 활동 지도를 생성합니다.

Adaptive Sampling Strategy

적응형 샘플링 전략

At the core of the study is the introduction of the adaptive sampling strategy. This method replaces traditional point illumination techniques. Instead, a more effective line illumination strategy is employed alongside an updated point scanning method that provides far more detail and monitoring capabilities compared to past methods.

연구의 핵심은 적응형 샘플링 전략의 도입입니다. 이 방법은 전통적인 점 조명 기술을 대체합니다. 대신, 이전 방법에 비해 훨씬 더 자세한 정보와 모니터링 기능을 제공하는 업데이트된 포인트 스캐닝 방법과 함께 보다 효과적인 라인 조명 전략이 사용됩니다.

Point Scanning

포인트 스캐닝

Point scanning in old methods left much to be desired. For one, it was extremely specific which would often lead to the inability to track an entire neuron sequence across the brain. The new point scanning method uses an altered line illumination strategy to imitate high-resolution point scanning methods. This strategy is crucial in identifying what areas of the brain need to move on to the next step of the process, line scanning.

기존 방법의 포인트 스캐닝에는 부족한 부분이 많이 남아 있습니다. 첫째, 이는 매우 구체적이어서 뇌 전체의 뉴런 서열 전체를 추적할 수 없는 경우가 많았습니다. 새로운 포인트 스캐닝 방법은 고해상도 포인트 스캐닝 방법을 모방하기 위해 변경된 라인 조명 전략을 사용합니다. 이 전략은 프로세스의 다음 단계인 라인 스캐닝으로 이동하는 데 필요한 뇌 영역을 식별하는 데 중요합니다.

Line Illumination

라인 조명

Line illumination is a breakthrough for neurology engineers. The method projects a small line of light across a sampled area. This approach excites fluorescence, which makes it easier to track neurological signals across the brain from start to finish. Additionally, this approach allows a much larger area of the brain to be excited, scanned, and mapped in real-time.

라인 조명은 신경학 엔지니어에게 획기적인 기술입니다. 이 방법은 샘플링된 영역 전체에 작은 빛의 선을 투사합니다. 이 접근 방식은 형광을 자극하여 처음부터 끝까지 뇌 전체의 신경 신호를 더 쉽게 추적할 수 있게 해줍니다. 또한 이 접근 방식을 통해 뇌의 훨씬 더 넓은 영역을 실시간으로 자극하고, 스캔하고, 매핑할 수 있습니다.

Two-Photon Microscope Testing

2광자 현미경 테스트

The testing phase of the two-photon fluorescence microscope involved two lab mice, in which researchers were able to track neuronal activity in a mouse cortex in real time. Notably, the unit can capture image signals up to 198 Hz currently. In this test, the engineers tracked calcium signals which can signal recent neural activity.

2광자 형광 현미경의 테스트 단계에는 두 마리의 실험용 쥐가 참여했으며, 연구자들은 쥐 피질의 신경 활동을 실시간으로 추적할 수 있었습니다. 특히 이 장치는 현재 최대 198Hz의 이미지 신호를 캡처할 수 있습니다. 이 테스트에서 엔지니어들은 최근 신경 활동을 알릴 수 있는 칼슘 신호를 추적했습니다.

Digital Micromirror Device (DMD)

디지털 마이크로미러 장치(DMD)

To accomplish this task, a specially configured laser beam pattern is formed using a digital micromirror device (DMD). This unit contains thousands of microscopic mirrors. Each of these mirrors has individual controls that allow them to shape and target light at precise parts of the brain. Additionally, the mirrors can be set up to activate

이 작업을 수행하기 위해 디지털 마이크로미러 장치(DMD)를 사용하여 특별히 구성된 레이저 빔 패턴이 형성됩니다. 이 장치에는 수천 개의 미세한 거울이 포함되어 있습니다. 이러한 각 거울에는 뇌의 정확한 부분에 빛을 형성하고 목표로 삼을 수 있는 개별 제어 장치가 있습니다. 또한 미러를 활성화하도록 설정할 수 있습니다.