Ontwikkeling van software en hardware methoden op maat voor neurowetenschappelijke microscopie-opnamen

Veel aspecten van het leven worden gecontroleerd door neuronale circuits, die worden gebruikt om nauwkeurig reflexen en gedragingen te regelen. De complexiteit van neurale controle varieert aanzienlijk in verschillende organismen, variërend van vrij eenvoudige schakelingen in lagere organismen met kleine groepen neuronen en verbindingen naar de zeer complexe schakelingen van het menselijke centrale zenuwstelsel. Naast hun verbindingen kunnen neuronale circuits ook worden beïnvloed door lokale modulatoren of hormonen.

Het bestuderen van het gedrag en de interactie van complexe neuronale netwerken is zeer moeilijk, vooral vanwege de beperkte beschikbare technologie om meerdere elementen (neuronen of synaptische contacten) tegelijkertijd op te nemen. Hoewel elektrische technieken (patch-clamp of scherpe elektrode) voor de opname van actiepotentialen mogelijk zeer nauwkeurig zijn, kan  slechts één of een paar cellen tegelijk worden opgenomen. Optische microscopie technieken hebben het voordeel dat verschillende cellen of synaptische contacten gelijktijdig kunnen worden gevisualiseerd met verschillende fluorescente molecules die  ontwikkeld zijn om cellulaire activiteit te meten, zoals spanningsgevoelige kleurstoffen en fluorescerende Ca2 + kleurstoffen (bijvoorbeeld Fluo-4). In ons labo is een nieuwe dubbele microscoop ontworpen en gebouwd,  die zal worden gebruikt om tegelijkertijd  neuronale netwerk communicatie in culturen van dopaminerge (eerste orde) en het striatum (tweede orde) neuronen ofwel geïsoleerd uit muizen (SNC en striatum) te bestuderen.

Tot op heden is er weinig bekend over hoe de activiteit in een neuronaal circuit verder de activiteit bepaalt in een tweede orde circuit. Dit omdat de middelen voor enkelvoudige cel resolutie te onderzoeken en voor een grote populatie van verre neuronen nog niet beschikbaar zijn. Het overkoepelende doel van dit project is om een geautomatiseerd platform voor het opnemen, manipulatie en interpretatie van neuronale circuits in vitro te ontwikkelen en te gebruiken om de gevolgen van veroudering  en schade in een primaire netwerk te onderzoeken in een secundaire netwerk. Een ander deel van het project is  het ontwikkelen van automatische tracking en beeldanalyse technieken, dit in combinatie met machine learning om zo de determinanten van synchrone en asynchrone activiteit te definiëren.