Потенциалы действия являются основной единицей информации в мозге, а распространение потенциала действия через аксоны образует один столп обработки информации 1,2,3. Нейроны обычно получают афферентные входы от нескольких других нейронов и интегрируют эти входы в заданное узкое временноеокно 4,5. Поэтому механизмам распространения потенциала действия в аксонах было уделено значительное внимание со стороны исследователей.
При распространении через аксон потенциал действия многократно регенерируется вдоль аксона для обеспечения надежного распространения6. В большинстве нейронов челюстных позвоночных (гнатостомов) аксоны окружены оболочкой миелина, который представляет собой богатое липидами вещество, продуцируемое близлежащими олигодендроцитами или шванновскими клетками, которые являются типами глиальных клеток (рассмотрено в 7,8). Эта миелиновая оболочка электрически изолирует аксон, уменьшая его емкость и позволяя распространять потенциал действия эффективно, быстро и с более низким потреблением энергии. Миелин не покрывает аксон равномерно, но он обшивает аксон сегментами, которые имеют короткие промежутки между ними, называемые узлами Ранвье (рассмотрено в 9,10). На скорость распространения потенциала действия влияет как толщина миелинизации, контролирующая уровень электрической изоляции аксона, так и расстояние между узлами Ранвье, управляющими частотой, с которой регенерируются потенциалыдействия вдоль аксона.
Существует большое количество литературы, предполагающей, что толщина миелинизации влияет на скорость распространения потенциала действия в аксонах 12,13,14. Кроме того, изменения в миелинизации аксонов могут привести к ряду дефицитов ЦНС 15,16,17,18,19,20,21. Поэтому неудивительно, что многие исследовательские усилия сосредоточены на измерении и характеристике миелинизации аксонов. Измерения толщины миелина чаще всего проводились с помощью электронной микроскопии, метода, который требует значительного количества подготовки тканей и сложен в использовании в сочетании с иммуногистохимией. Тем не менее, существует также более быстрый и простой метод измерения миелинизации аксонов, который основан на когерентной рамановской спектроскопии Против Стокса (CARS). Лазер CARS может быть настроен на различные частоты, и при настройке на частоты, которые подходят для возбуждения липидов, миелин может быть визуализирован без необходимости каких-либо дополнительных меток22. Липидная визуализация может быть объединена со стандартной иммуногистохимией таким образом, что липиды могут быть изображены вместе с несколькими флуоресцентными каналами23. Визуализация миелинизации с помощью CARS значительно быстрее, чем электронная микроскопия, и имеет разрешение, которое, хотя и ниже ЭМ, достаточно для обнаружения даже небольших различий в миелинизации в одном и том же типе аксонов.