Los métodos de investigación comunes para estudiar el sistema visual en el laboratorio incluyen registrar y monitorear la actividad neuronal en presencia de estímulos sensoriales, para ayudar a los científicos a estudiar cómo las neuronas codifican y responden, por ejemplo, a entradas visuales específicas.
Uno de los mayores problemas técnicos con las configuraciones de grabación neuronal utilizadas en tales experimentos es la obtención sincronización precisa de múltiples dispositivos que se comunican entre síincluidos microscopios y pantallas que muestran los estímulos, para mapear con precisión las respuestas neuronales a los eventos visuales.
Por ejemplo, en el Rompani Lab, un laboratorio de neurociencia visual del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL) en Roma, el sistema de registro (un microscopio de dos fotones) debe comunicarse con el sistema de estimulación visual (que consta de dos pantallas). Se utiliza para mostrar estímulos visuales mientras se registra la actividad neuronal. Para sincronizar eficazmente estos sistemas, recurrieron a un Arduino UNO Rev3. “Su simplicidad, fiabilidad y facilidad de integración lo han convertido en una herramienta ideal para gestionar la sincronización y la comunicación entre diferentes dispositivos en el laboratorio”, explica Pietro Micheli, estudiante de doctorado en EMBL Roma.
Cómo funcionan las configuraciones
El Arduino UNO Rev3 se utiliza para indicar al microscopio cuándo comienza y cuándo termina el estímulo (que es esencialmente solo un video corto). Mientras el microscopio registra y adquiere imágenes, un firmware simple le dice a la ONU que escuche el flujo de datos en un puerto COM de la computadora utilizada para controlar la estimulación visual.
En el script Python® utilizado para controlar las pantallas, cada vez que comienza un nuevo estímulo, se escribe un comando en el puerto serie. El microcontrolador lee el comando, que puede ser “H” o “L”, y establece el voltaje de la salida TTL en el pin 9 a 5 V o 0 V, respectivamente. Esta señal TTL se envía al controlador del microscopio, que genera marcas de tiempo para el estado del microscopio. Estas marcas de tiempo contienen los números de fotograma exactos de la grabación del microscopio en los que comenzó el estímulo (flanco ascendente TTL) y finalizó (flanco descendente TTL).
Toda esta información es esencial para el análisis de la grabación, ya que permite a los investigadores del EMBL Roma alinear las respuestas neuronales registradas con el protocolo de estimulación presentado. Una vez que la actividad neuronal está alineada, puede comenzar el análisis posterior, centrándose en comprender la actividad cerebral más profunda.
¿Alguna vez te has preguntado cómo son las neuronas en funcionamiento?
Micheli compartió con nosotros un ejemplo del tipo de actividad neuronal adquirida durante una sesión experimental con la configuración descrita anteriormente.
Los pequeños puntos parpadeantes son neuronas individuales registradas en la corteza visual de un ratón despierto y comportándose. La señal monitoreada es la fluorescencia de una proteína particular producida por las neuronas, que indica su nivel de actividad. Una vez registrada y digitalizada la luz emitida por las neuronas, los investigadores extraen rastros de fluorescencia de cada neurona. En este punto, pueden proceder a analizar la actividad neuronal para intentar comprender cómo la población neuronal registrada codifica realmente los estímulos visuales presentados.