Еще в 1950-х годах исследователи впервые предположили, что деятельность мозга схожа с работой вычислительных устройств. Они отмечали, что нейроны составляют сложные схемы, которые каждую секунду выполняют огромное количество вычислений. Современные исследователи же пытаются визуализировать как работают нейронные сети, но из-за технических ограничений большинство деталей их вычислений остаются вне досягаемости.
Один из лучших способов отслеживать активность нейронов — это молекулы, которые загораются в тот момент, когда один нейрон передает электрический сигнал другому. Но этот процесс слишком медленный для того, чтобы исследователи могли уловить все детали изменений. Кроме того, ту же операцию можно выполнить с помощью имплантации электродов, но это может быть опасно.
Тем не менее, у этих молекул есть проблема: их яркость не всегда коррелируется с напряжением. Поэтому исследователи обратились к методу, который в биологии известен как электропорация. В этом случае ученые используют электрические зонды для прокола отверстий в мембранах клеток, а их напряжение падает, так ученые понимают, какая яркость наиболее чувствительна к сдвигу напряжения. Самая яркая молекула, ASAP3, является самым чувствительным индикатором напряжения.
После этого исследователи научились более эффективно сканировать нейроны глубоко в мозге. Чтобы заставить флуоресцентные молекулы, такие как ASAP3, помочь им в этом, исследователи применили так называемую двухфотонную визуализацию — она использует инфракрасные лазерные лучи, которые могут проникать через ткани.