Decodificarea trunchiului cerebral: o nouă fereastră în interacțiunile creier-corp-minte

Un studiu publicat recent în Cell Reports Methods propune o metodă inovatoare de imagistică în doi fotoni, denumită D-PSCAN (double-prism-based brainstem imaging), ce permite accesul minim invaziv la trunchiul cerebral pentru a monitoriza activitatea neuronală din nucleul tractului solitar (NTS), o structură profundă esențială pentru comunicarea creier-viscere. Metoda, dezvoltată pe modele murine, facilitează observarea în timp real a răspunsurilor neuronale la stimuli electrici și chimici, fără a îndepărta cerebelul – o regiune implicată în reglarea emoțională.
Nucleul tractului solitar este o regiune critică din trunchiul cerebral unde converg informațiile senzoriale din nervul vag. Această regiune joacă un rol esențial în reglarea autonomă și emoțională, fiind implicată în efectele terapeutice ale stimulării nervului vag (VNS). Până acum, accesul direct la NTS a fost limitat de poziționarea sa profundă și de riscurile asociate îndepărtării cerebelului. Studiul actual oferă o alternativă care păstrează integritatea rețelelor cerebelare și permite înregistrarea activității neuronale cu rezoluție celulară.

Despre studiu

Cercetătorii au dezvoltat o metodă care utilizează o prismă dublă de sticlă implantată între cerebel și trunchiul cerebral. Această configurație permite accesul optic lateral către regiunea NTS, aflată la o adâncime de aproximativ 2 mm sub cerebel, menținând în același timp integritatea structurii cerebrale. Metoda implică implantarea unei prisme printr-o procedură chirurgicală controlată, urmată de fixarea acesteia cu rășină UV și ciment dentar.

Pentru înregistrarea activității neuronale s-a utilizat un indicator de calciu (GCaMP) exprimat prin vectori virali, permițând detectarea variațiilor fluorescente în funcție de activitatea neuronală. Sistemul optic permite imagistica volumetrică a unui câmp vizual de până la 2 × 2 mm, cu rezoluție laterală de aproximativ 2,3 μm și axială de \~34 μm.

Pentru validarea specificității semnalului, s-a confirmat că GCaMP nu este exprimat în neuronii motori vagali din nucleul dorsal (10N), ci doar în neuronii senzitivi din NTS. De asemenea, cercetătorii au evaluat distorsiunea optică indusă de prismă, demonstrând că aceasta nu afectează semnificativ rezoluția imaginii.

Rezultate

Răspunsuri la stimularea nervului vag

Utilizând stimularea electrică a nervului vag (VNS), cercetătorii au observat activarea selectivă a neuronilor din NTS, cu variații de răspuns în funcție de intensitate și frecvență. Pragul de activare a fost identificat în jurul valorii de 0,5 mA, cu răspunsuri crescute până la 1,0 mA. Frecvențele de 10 Hz au indus răspunsuri robuste, în timp ce frecvențe mai mari, precum 15 Hz, au determinat o reducere a răspunsului în timpul stimulărilor repetate – un indiciu al unor mecanisme de adaptare sinaptică.

Răspunsuri la stimulare fiziologică

Pentru a testa reacțiile NTS la stimuli naturali, cercetătorii au administrat intravenos colecistokinina-8 (CCK), un hormon gastrointestinal. Administrarea CCK a produs activări neuronale rapide și susținute în NTS, în contrast cu soluția salină, care nu a generat modificări semnificative. Această observație confirmă că metoda poate detecta răspunsuri la stimuli fiziologici relevanți clinic.

Stabilitate și specificitate

Imaginile obținute în timp real au arătat activitate neuronală specifică în NTS, cu diferențiere clară față de activitatea spontană sau nespecifică din regiuni adiacente. De asemenea, sistemul a permis tranziția rapidă de la o vizualizare de ansamblu la una focalizată, prin ajustarea adâncimii și a câmpului vizual, menținând calitatea semnalului și identificarea precisă a neuronilor activi.

Concluzii

Metoda D-PSCAN reprezintă o inovație majoră în imagistica funcțională a trunchiului cerebral, permițând monitorizarea minim invazivă, stabilă și specifică a activității neuronale din NTS la rezoluție celulară. Această abordare oferă un instrument valoros pentru:

• investigarea mecanismelor fiziologice ale stimulării vagale,
• explorarea rolului NTS în reglarea emoțională,
• optimizarea parametrilor de stimulare în terapiile clinice bazate pe nervul vag.

Prin păstrarea integrității cerebelului și prin compatibilitatea cu indicatori soma-localizați și algoritmi avansați de analiză (ex. CNMF), D-PSCAN deschide noi perspective pentru cercetarea neuroștiințifică și pentru aplicații clinice în domeniul tulburărilor neuropsihiatrice.