En av de största utmaningarna inom vetenskapen är studiet av hjärnans anatomi och cellulära arkitektur. En lovande ny teknik, utvecklat av forskare i Italien, Storbritannien och Tyskland, tar nu de mikroskopiska detaljerna i hjärnan i skarpare fokus även över makroskopiska volymer.

I ett papper publicerat idag i tidningen Naturmetoder , forskarna beskriver hur deras system, kallas för snabb autofokus via elevdelad bildfasdetektering (eller RAPID), representerar ett genombrott i avbildningen av mushjärnor.

Denna nya teknik kan få betydande återverkningar inom neurovetenskap, göra en kvantitativ analys av den hjärnövergripande arkitekturen möjlig på subcellulär nivå.

Dr Ludovico Silvestri, första författare till studien och forskare i materiens fysik vid universitetet i Florens i Italien, sade:"Bristen på instrument som kan analysera stora volymer med hög upplösning har begränsat våra studier av hjärnövergripande struktur till en grov, låg upplösning.

"Den för närvarande använda metoden för ljusarkmikroskopi kombinerad med kemiska protokoll som kan göra biologiska vävnader transparenta, misslyckas med att upprätthålla hög upplösning i prover större än några hundra mikron. "

Dr Leonardo Sacconi, från National Institute of Optics of the National Research Council (CNR-INO), medförfattare till tidningen, tillade:"Utöver dessa dimensioner, den biologiska vävnaden börjar bete sig som en lins, störa mikroskopets inriktning och följaktligen göra bilderna suddiga. "

Med RAPID, forskarna föreslår en ny autofokuseringsteknik som är kompatibel med ljusarkmikroskopi som automatiskt kan korrigera de felinriktningar som provet själv infört i realtid. I kubikcentimeter, rensade prover, såsom intakta mushjärnor, autofokusering tar bort bildnedbrytning för att möjliggöra förbättrade kvantitativa analyser.

Den nya metoden är inspirerad av de optiska autofokussystemen som finns i reflexkameror, där en uppsättning prismor och linser förvandlar bildens suddighet till en sidorörelse. Detta gör att mikroskopets inriktning kan stabiliseras i realtid, producerar skarpare, mer rikt detaljerade bilder.

Dr Caroline Müllenbroich, en Marie Skłodowska Curie-stipendiat och föreläsare vid University of Glasgows School of Physics and Astronomy är medförfattare till uppsatsen. Dr Müllenbroich bidrog till design och implementering av mikroskop och autofokuseringssystem.

Dr Müllenbroich sa:"Medan vi ursprungligen uppfann RAPID för ljusarkmikroskopi, denna autofokuseringsteknik är faktiskt lämplig för alla bredfältsmikroskopitekniker. Det är mycket mångsidigt och provar agnostiker med flera applikationer bortom neurovetenskap. "

Den höga upplösningen garanteras av RAPID - som också är föremål för ett internationellt patent som ägs av Unifi, European Laboratory of Nonlinear Spectroscopy (LENS) och CNR-har gjort det möjligt för forskare att studera på en helhjärnskala problem som tidigare analyserats endast i små, lokala områden.

Till exempel, den rumsliga fördelningen av en viss typ av neuroner - som uttrycker somatostatin - har undersökts, visar hur dessa celler tenderar att organisera sig i rymdkluster, som misstänks göra sin hämmande verkan mer effektiv.

En annan applikation gäller mikroglia, en uppsättning celler med olika funktioner (från svaret på patogener till reglering av neuronal plasticitet), vars form förändras beroende på vilken roll de spelar. Analysen av mikroglia utförd med RAPID avslöjade signifikanta skillnader mellan olika hjärnregioner, banar väg för nya studier om denna cellpopulations roll.

Lagets papper, med titeln "Universell autofokus för kvantitativ volymetrisk mikroskopi av hela mushjärnor, "publiceras i Nature Methods.