O neuronech jako základních jednotkách nervového systému i jejich elektrické aktivitě řídící smyslové i pohybové funkce organismů víme již více než století.
Dnes neurovědy patří mezi nejrychleji se rozvíjející vědní obory. Rozšiřují nejen naše chápání nervového systému, ale i poznání závažných onemocnění jako epilepsie nebo neurodegenerativní Parkinsonova a Alzheimerova choroba. Prudký vývoj v neurovědách dnes zažívají také experimentální metody, v nichž stále větší roli hraje fotonika.
Vědci totiž našli způsoby, jak lze s pomocí fotonů činnost neuronových okruhů nejen sledovat, ale i kontrolovat. Ve studiích využívajících geneticky modifikované zvířecí modely jsou neurony určitým způsobem citlivé na světlo.
Aktivitu neuronů lze sledovat díky proteinům, které se při elektrické signalizaci neuronů stávají fluorescenčními. Naopak s využitím opsinů se při osvětlení modrým světlem neuron stane elektricky aktivním. Tím lze ovlivnit funkci daného okruhu i chování celého organismu.
Ústavu přístrojové techniky AV ČR
Foto: Archív ÚPT
Co je největší vadou na kráse tohoto úžasného snoubení fotonů a neuronů, s nímž se lze „napíchnout“ do činnosti mozku? Fotony se do tkání nedostanou příliš hluboko. Světlo se při průchodu tkání rozptyluje a láme – už na jednom milimetru ztratí veškerou obrazovou informaci. Jedním z možných řešení je využívání speciálních forem endoskopie, u kterých se kromě kvality obrazu kladou obrovské nároky na dosažení nejmenší možné tloušťky nástroje, aby nedošlo k zásadnímu poškození tkáně.
Rekordmana v tomto směru představuje holografický endoskop, jenž dokáže obraz s rozlišením jedné tisíciny milimetru zrekonstruovat po průchodu optickým vláknem o tloušťce lidského vlasu. Vývojem holografického endoskopu se v rámci projektu Excelentní týmy operačního programu MŠMT Výzkum, vývoj a vzdělávání zabývá skupina komplexní fotoniky na Ústavu přístrojové techniky v Brně, v níž jsou zastoupeni domácí i zahraniční experti celé řady oborů včetně fyziky, biologie, veterinárního lékařství či strojního a elektrického inženýrství.
Vedoucí skupiny Tomáš Čižmár, současně profesor optiky na Univerzitě Friedricha Schillera a vedoucí oddělení vláknové optiky na Leibnizově Institutu fotonických technologií v německé Jeně, navrhl princip holografického endoskopu během svého desetiletého působení na skotských univerzitách v St. Andrews a Dundee a vedl první studie využívající tento světově unikátní systém k zobrazování neuronových procesů v živém organizmu.
prof. Mgr. Tomáš Čižmár, Ph.D.