Optical Signals of Brain

Abstract

Intrinsic optical signals are the signals reflecting changes in transmittance or reflectance of the light illumitating the tissue. Registration of such changes can be applied for the detection of physiological condition in the slices of biological tissues (in vitro) or in the whole animal (in vivo). The aim of this project is to introduce this topic and show different possibilities for the detection of changing optical properties of nervous tissue both in vitro and in vivo. The detection system of both light source and attachment of the optical fibre to the skull of the animal for in vivo experimets have been designed. The proper experimental part of the study have been done in hippocampal tissue slices and shows the correlation of the tissue activity and the optical signal at level of ion channels, glutamatergic synaptic activity, glial component of the signal and mitochondrial signal. We are dealing with the source of the noice that we record while detecting rather subtle changes of optical properties. We are indroducing the software VisionBrain for synchronous detection of both electrical and optical changes. Keywords: Intrinsic optical signals, hippocampus, imaging, biomechanics

Opticke singaly jsou signaly ktere detekujeme pomoci světla odraženeho nebo prochazejicicho biologickymi tkaněmi. Detekce takovych změn může byt použita pro stanoveni fyziologickych i patofyziologickych procesů probihajicich v biologickych tkanich (in vitro) nebo i v tkani živeho organismu (in vivo). Cilem teto disertačni prace bylo představeni detekce optickych signalů jako zobrazovaci metody a navrženi zařizeni pro registraci těchto signalů in vivo. Disertace obsahuje navrhy experimentalniho detekčniho zařizeni a to jak pro zdroj světla, tak pro upevněni opticke soustavy na experimentalni zviře. Vlastni prakticka čast studie zahrnuje detekci transmitance živych hipokampalnich řezu potkana při různych nami nastavenych podminkach na urovni iontovych kanalů, glutamatergni synapticke aktivity, signalu z glie a mitochondrialniho signalu. V neposledni řade se v disertaci věnuji zdroji šumu, ktery detekujeme a musime odlišovat od vlastnich změn optickych vlastnosti ve tkani způsobenych vlastnimi fyziologickymi procesy. Pro synchronni registraci electricke a opticke aktivity byl navržen software VisionBrain. Klíčová slova: vnitřní optické signaly, hipokampus, zobrazovací metody, biomechanika