虽然众所周知脊髓在传递疼痛信号方面发挥着重要作用，但技术限制了科学家对这一过程如何在细胞水平上发生的理解。尽管钙成像技术取得了进展，可以测量细胞活动，但开发其他类型成像技术的进展一直是一个持续的挑战。
现在，索尔克的科学家们创造了可穿戴显微镜，可以更深入地了解小鼠脊髓内发生的信号传导模式。使用长期植入的微棱镜，他们能够以以前无法达到的速度对区域内的感觉和运动诱发活动进行成像。
这项工作可能有助于研究人员更好地了解健康和疾病环境中感觉和运动的神经基础，例如慢性疼痛、瘙痒、肌萎缩侧索硬化症或多发性硬化症。
这项研究发表在《自然通讯》杂志上的论文“行为小鼠脊髓中的多重跨层成像”中。这款可穿戴显微镜首次发表在本月早些时候的《自然生物技术》杂志上，论文为“行为小鼠脊髓的跨节段成像”。”
索尔克大学维特高级生物光子学中心主任兼副教授AxelNimmerjahn博士表示：“这些新型可穿戴显微镜使我们能够以其他高分辨率技术无法达到的速度观察与区域感觉和运动相关的神经活动。”。“我们的可穿戴显微镜从根本上改变了研究中枢神经系统的可能性。”
可穿戴显微镜大约七毫米和十四毫米宽(大约是小指或人类脊髓的宽度)，并提供高分辨率、高对比度和多色实时成像。这项新技术可以与微棱镜植入物相结合，微棱镜植入物是放置在感兴趣组织区域附近的小型反射玻璃元件。作者指出，该系统解决了以前可穿戴显微镜的多重挑战，“包括其有限的工作距离、分辨率、对比度和消色差范围。”
“微棱镜增加了成像深度，因此可以首次观察到以前无法到达的细胞。它还允许同时对不同深度的细胞进行成像，并且对组织的干扰最小，”Nimmerjahn实验室的研究助理ErinCarey说。
Nimmerjahn实验室前博士后研究员PavelShekhtmeyster博士对此表示赞同：“我们已经克服了脊髓研究背景下的视野和深度障碍。我们的可穿戴显微镜足够轻，可以由老鼠携带，并且可以进行以前认为不可能的测量。”
Nimmerjahn的团队应用该技术来收集有关中枢神经系统的新信息。特别是，他们想要对脊髓中的星形胶质细胞(星形非神经元胶质细胞)进行成像，因为之前的工作表明这些细胞在疼痛处理中发挥着作用。
研究小组发现，挤压小鼠的尾巴会激活星形胶质细胞，在脊髓节段之间发送协调的信号。更具体地说，他们表明行为小鼠的背角星形胶质细胞“表现出感觉运动程序依赖性和层特异性钙兴奋”。此外，“表达速激肽前体1(Tac1)的神经元对急性机械性疼痛表现出跨层活性，但不表现出运动能力。”
在新显微镜发明之前，不可能知道星形胶质细胞的活动是什么样子，或者移动动物脊髓区域的任何细胞活动是什么样子。
“能够直观地看到疼痛信号发生的时间和地点，以及参与这一过程的细胞，使我们能够测试和设计治疗干预措施，”Nimmerjahn实验室的研究生DanielaDuarte说。“这些新的显微镜可能会彻底改变疼痛的研究。”
Nimmerjahn的团队已经开始研究脊髓中的神经元和非神经元活动在不同疼痛条件下如何改变，以及各种治疗如何控制异常细胞活动。