TrUDI, el microscopio que ve en profundidad el cerebro vivo sin tocarlo

Ver un cerebro vivo en acción siempre ha implicado una elección. Se podía mirar en profundidad, o mirar en amplitud, o ver cómo se activan células individuales. Elija una opción, quizá dos. Un equipo de la Universidad Rockefeller ha construido ahora un microscopio que se niega a elegir, y las cifras que lo acompañan impresionan: un aumento de unas 250 veces en la eficiencia de imagen frente a lo que la microscopía de tres fotones podía hacer antes.

El sistema se llama TrUDI, y el trabajo que lo respalda se publicó en Nature Methods el 31 de octubre. El equipo estuvo dirigido por Alipasha Vaziri, jefe del Laboratorio de Neurotecnología y Biofísica. En lugar de ajustar un instrumento existente, rediseñaron la microscopía de tres fotones desde la base, replanteando la frecuencia y la energía de los pulsos láser, la forma de entregar la luz y la forma en que el haz recorre el tejido. Todo ello se mantiene dentro de límites de potencia seguros para el tejido vivo, que es la parte que hace el resultado utilizable y no solo impresionante sobre el papel.

Por qué tres fotones cambian la imagen

La microscopía de tres fotones funciona enfocando pulsos de luz con tanta precisión que una señal fluorescente solo se enciende en el punto focal exacto. Esa precisión es lo que permite distinguir células individuales dentro de un tejido vivo y denso. También genera menos fluorescencia de fondo que la microscopía de dos fotones, la herramienta veterana de muchos laboratorios de neurociencia. Menos fondo significa una señal más limpia desde la profundidad, y una señal más limpia es la razón por la que tres fotones pueden llegar más hondo.

La profundidad, sin embargo, era solo la mitad del problema. El enfoque anterior era lento y estrecho. Se podía mirar un parche pequeño del cerebro profundo y observarlo de maravilla, pero el resto de la estructura quedaba fuera del encuadre. Para preguntas sobre cómo se hablan las regiones entre sí, esa ventana estrecha es un límite real. Un recuerdo, al fin y al cabo, no vive en una sola célula. Es el mismo tipo de avance de herramienta que celebramos en los robots que ya ayudan en hoteles de Singapur: cuando el instrumento mejora, cambia lo que se puede hacer cada día.

A través de toda la corteza, de una sola vez

Con TrUDI, el equipo de Rockefeller puede obtener imágenes a través de toda la corteza de ratón. Es decir, todo el grosor de la capa exterior del cerebro, de arriba abajo, en un solo experimento. La corteza se ocupa de la percepción, de la toma de decisiones y de gran parte de lo que hace flexible el comportamiento, así que ver cómo la actividad ondula por toda su profundidad con resolución de célula individual ofrece a la investigación un registro mucho más rico que una rebanada fina cerca de la superficie.

Las estructuras más profundas son el premio mayor. El sistema puede registrar la actividad neuronal con resolución de célula individual en toda la profundidad del hipocampo y del cuerpo estriado, dos regiones enterradas bajo la corteza que importan enormemente para la memoria y para el movimiento y el hábito. Y lo crucial: lo hace sin retirar quirúrgicamente el tejido que las cubre. El cerebro estudiado se mantiene intacto, lo que significa que los circuitos observados son los circuitos tal como se asientan y se conectan en un animal vivo.

Lo que compra de verdad la palabra intacto

Retirar tejido para ver más hondo siempre ha tenido un coste. Si se quitan las capas que cubren una estructura, se han cambiado las entradas de esa estructura antes de registrar una sola señal. Una preparación intacta evita ese compromiso por completo. El hipocampo sigue recibiendo lo que normalmente recibe. El cuerpo estriado mantiene su lugar en el circuito. Los datos que salen describen un sistema que funciona, no uno desmontado.

También hay un lado práctico. Los experimentos que necesitan menos preparación quirúrgica son más fáciles de repetir, más fáciles de comparar entre laboratorios y más amables con los animales implicados. Un método que alcanza estructuras profundas a través de tejido intacto elimina uno de los pasos más difíciles de la imagen cerebral profunda.

La eficiencia no es una nota al pie

Esa cifra de 250 veces merece una segunda mirada. La eficiencia de imagen suena a métrica de ingeniería, de las que pertenecen a un suplemento. En la práctica decide qué experimentos son siquiera posibles. Más eficiencia significa más células registradas a la vez, sesiones más largas dentro de límites seguros de potencia y señales lo bastante fuertes para seguir la actividad rápida mientras ocurre, en lugar de promediarla hasta volverla borrosa.

Piense en la diferencia entre una fotografía y una película. Un microscopio lento le da imágenes fijas y le pide que adivine el movimiento entre ellas. Uno eficiente le da el movimiento mismo. La actividad neuronal es movimiento, oleadas de células que se activan en secuencia, y TrUDI se diseñó para captar la secuencia.

El público inmediato es la neurociencia básica. Los laboratorios que estudian cómo el hipocampo construye y reproduce recuerdos, o cómo el cuerpo estriado sopesa hábitos frente a objetivos, pueden ahora observar a la vez la superficie y las profundidades en el mismo animal, célula a célula. Preguntas que necesitaban dos experimentos separados, cosidos después con suposiciones, pueden plantearse en una sola sesión. Habrá refinamientos, por supuesto. Todo microscopio nuevo pasa por una temporada en la que otros laboratorios prueban sus límites y adaptan el diseño. Es sano. Pero el titular se mantiene: un rediseño desde la base de la frecuencia y la energía del láser, de la entrega y del barrido convirtió una técnica profunda pero estrecha en una técnica profunda y amplia, con resolución de célula individual, dentro de un cerebro vivo e intacto. Sin atajos, sin tejido retirado y sin niveles de potencia inseguros. Solo ingeniería cuidadosa, hecha con paciencia, y una ventana al cerebro que de pronto es 250 veces más clara que antes.

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