A red-emitting, genetically encoded indicator for two-photon voltage recording in vivo

Imagine o cérebro como uma cidade movimentada onde bilhões de mensageiros minúsculos (neurônios) se comunicam enviando faíscas elétricas rápidas. Para entender como essa cidade funciona, os cientistas precisam de uma maneira de "ouvir" essas faíscas sem quebrar as paredes da cidade.

Por muito tempo, os cientistas tiveram uma ferramenta especial chamada GEVI (Indicador de Voltagem Geneticamente Codificado). Pense nisso como uma pequena câmera de segurança invisível que os cientistas podem programar em tipos específicos de neurônios. Quando um neurônio dispara uma faísca elétrica, essa câmera pisca, permitindo que os cientistas vejam a atividade em tempo real.

No entanto, havia um grande problema com as câmeras existentes:

• O Problema da Cor: A maioria dessas câmeras piscava em luz azul ou verde. Mas para enxergar profundamente dentro do cérebro (como olhar para o porão de um arranha-céu), os cientistas precisam usar uma "lanterna" especial chamada excitação de dois fótons. A luz azul e verde são bloqueadas pelo tecido cerebral, como tentar enxergar através de uma névoa espessa com uma lanterna fraca.
• A Lacuna do Vermelho: Os cientistas precisavam de uma câmera que brilhasse em vermelho. A luz vermelha é como um laser poderoso que consegue atravessar a névoa e alcançar as profundezas do cérebro. Além disso, a luz vermelha combina bem com outras ferramentas (como interruptores de luz azul usados para controlar neurônios), permitindo que os cientistas usem várias ferramentas ao mesmo tempo sem que elas interfiram entre si.

O Problema: Até agora, as câmeras vermelhas que existiam eram muito fracas ou lentas para funcionar bem com essa lanterna de "dois fótons" de tecido profundo. Elas eram como tentar tirar uma foto nítida de um carro em alta velocidade no escuro com uma câmera quebrada; os resultados eram borrados ou inexistentes.

A Solução: VADER1
Este artigo apresenta uma nova invenção chamada VADER1. Pense no VADER1 como uma nova câmera de segurança vermelha de alto desempenho, projetada especificamente para o trabalho em tecidos profundos.

Aqui está o que o VADER1 pode fazer que os antigos não conseguiam:

• Visão Profunda: Ele funciona perfeitamente com a lanterna de dois fótons, permitindo que os cientistas vejam faíscas elétricas claramente mesmo nas camadas mais profundas do cérebro (especificamente mencionado: Camada 5 do córtex).
• Rápido e Flexível: É rápido o suficiente para capturar as faíscas de um segundo de um neurônio disparando. Funciona tanto se os cientistas estiverem escaneando o cérebro aleatoriamente (como verificar casas específicas) quanto se estiverem escaneando rapidamente em um movimento de varredura (como um guarda de segurança fazendo uma patrulha completa).
• Jogador de Equipe: Como brilha em vermelho, ele não conflita com outras ferramentas. Os cientistas podem usar o VADER1 para observar faíscas elétricas enquanto simultaneamente usam uma ferramenta diferente para observar níveis de cálcio (outro sinal de atividade cerebral), criando uma visão de "duas cores" do que está acontecendo.

A Conclusão
O VADER1 preenche uma peça crítica que faltava no quebra-cabeça. Ele finalmente permite que os cientistas combinem o mapeamento de imagens de partes profundas do cérebro com a capacidade de observar sinais elétricos rápidos e outros eventos neurais ao mesmo tempo. Isso prepara o terreno para uma nova era de "eletrofisiologia óptica total", onde os cientistas podem tanto observar quanto controlar a cidade elétrica do cérebro usando apenas luz, sem a necessidade de inserir fios físicos.