เห็นเส้นประสาทในสมอง ด้วยกล้องจุลทรรศน์จากเลเซอร์ !

แสงเลเซอร์ เป็นเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นมาอย่างยาวนานและมีพัฒนาการอย่างต่อเนื่อง ถูกนำมาใช้ประโยชน์หลายด้าน ทั้งการใช้ส่องสว่าง ระบุตำแหน่ง หรือแม้แต่การนำไปใช้ด้านการทหารในฐานะอาวุธยุทโธปกรณ์ เช่นเดียวกับทีมงานจากสถาบันอัลเลนเพื่อการศึกษาระบบประสาทยืดหยุ่น (Allen Institute for Neural Dynamics) ที่เชี่ยวชาญด้านงานวิจัยเกี่ยวกับระบบประสาทในซีแอตเติล สหรัฐอเมริกา ได้นำเลเซอร์ไปใช้ทำเป็นกล้องจุลทรรศน์ ที่ละเอียดแม่นยำระดับเห็นเส้นประสาทในสมองได้เป็นครั้งแรกของโลก

กล้องจุลทรรศน์เลเซอร์

เอกซะ สปิม (ExA-SPIM: Expansion-Assisted Selective Plane Illumination Microscope) คือชื่อของระบบกล้องจุลทรรศน์จากแสงเลเซอร์ ที่ดัดแปลงมาจากกระบวนการหาจุดบกพร่อง (Defect) ในกระบวนการผลิตชิ้นส่วนหลอดไฟแอลอีดี LED) ในสินค้าอิเล็กทรอนิกส์ และนับเป็นครั้งแรกของโลกที่สร้างขึ้นมาได้สำเร็จ

หลักการกล้องจุลทรรศน์เอกซะ สปิม จะใช้แสงเลเซอร์จากหลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent) ที่ให้แสงสีเขียว ยิงทะลุผ่านสมองออกไปในระดับที่ไม่มีอันตราย โดยใช้หลักการหักเหแสงทางฟิสิกส์มาเป็นหัวใจในการสร้างภาพที่จะเกิดรายละเอียดตามตำแหน่งและทิศทางการหักเหและมีเลนส์รวมภาพ โดยทั้งหมดนี้ไม่จำเป็นต้องตัดเนื้อเยื่อสมองให้เป็นชิ้นเล็ก ๆ บาง ๆ เหมือนกับกล้องจุลทรรศน์ปกติอีกต่อไป

ผลการทดลองกล้องจุลทรรศน์เลเซอร์

นอกจากจะต้องทำงานอย่างหนักเพื่อให้เลเซอร์ทำงานได้ดีร่วมกับเลนส์และส่วนรับภาพแล้วยังต้องออกแบบโปรแกรมที่พร้อมจะประมวลผลข้อมูลทั้งหมดนี้ด้วย เพราะในระยะเวลาช่วงเสี้ยววินาทีจะมีข้อมูลการหักเหแสงปริมาณมากเข้ามาที่ตัวเครื่อง ซึ่งโปรแกรมจะต้องประมวลผลและสร้างเป็นภาพออกมาอย่างแม่นยำให้ได้

โดยทางทีมได้ทดลองกระบวนการทั้งหมดกับสมองของหนูทดลองที่มีขนาดเท่าขนมเยลลี่ (Jelly bean) 1 ชิ้น  และสามารถบันทึกภาพภายในสมองที่มีเส้นประสาทกว่า 80 ล้านเส้น โดยในอนาคตมีแผนปรับปรุงให้รองรับการใช้กับสมองมนุษย์ด้วย

อดัม เกรเซอร์ (Adam Glaser) นักวิจัยของสถาบันให้ข้อมูลว่า ทั้งโลกมีภาพของระบบเส้นประสาทภายในสมองมนุษย์ที่สมบูรณ์ไม่ถึง 10,000 ภาพ ดังนั้น ถ้าหากมนุษยชาติสามารถเข้าใจระบบสมองของตัวเองได้ดีผ่านการศึกษาโครงสร้างและระบบประสาทในสมองที่มีความละเอียดสูง การรักษาและการพัฒนาสมองให้สามารถใช้งานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพก็สามารถเป็นไปได้ในอนาคต

ที่มาข้อมูล Interesting Engineering

ที่มารูปภาพ Allen Insitute of Neurals Dynamics