A szerszámosláda
Az agyat alkotó sejtek kicsik (a sejtek központjának a sejttestnek az átmérője 20-30 mikrométer, azaz a méter milliomod vagy a milliméter ezred részéből kell 20at venni). Az őket összekötő nyúlványrendszer ágainak vastagsága (0.3-2 mikrométer) és a közöttük levő szinapszisok (150 nanométer) még kisebbek. A sejteket felépítő fehérjék még ennél is apróbbak. Neo a Mátrixban azt mondta: „I want guns! Lots of guns!”. Az agykutató anatómus azt mondja: „Mikroszkópokat akarok! Sok mikroszkópot!”
A mérettartományban lefele haladva a következő mikroszkópokkal lehet dolga egy anatómusnak:
- sejtek azonosítására:
- egyszerű fénymikroszkóp (FM),
- fluoreszcencens fénymikroszkóp,
- differenciális interferencia kontraszt mikroszkóp,
- sejtek és sejtalkotórészek azonosítására:
- konfokális mikroszkóp,
- 2-foton mikroszkóp,
- sejtalkotórészek azonosítására és molekulák elhelyezkedésének meghatározására:
- a szuperreszolúciós mikroszkópok több fajtája (STEAD, STORM),
- transmissziós elektron mikroszkóp (EM),
- elektron tomográfiára alkalmas EM.
Ahhoz, hogy a szürke kocsonyás agyszövetben valamit látni lehessen persze meg kell jeleníteni a sejteket, a sejtekben található anyagokat és a sejtek közötti kapcsolatokat. Ezekre számtalan festést fejlesztettek ki: immuncitokémia, pálya jelölések festékekkel és vírusokkal.
A molekuláris biológia technikáit is lehet megjelenítésre használni: PCR, transzgénikus állatok. De ezekről majd a maga idejében.
A ketyegő idegsejtek és az agy működésének vizsgálatára elsősorban az elektrofiziológia módszereit használják. Ismét lefelé haladva a méretskálán:
- koponyára helyezett sokcsatornás EEG, mely az agy működésmódjáról, sok millió sejt közös zümmögéséről ad információt,
- helyi mezőpotenciál elvezetés (local field potential = LFP), sokelektródás multiunit elvezetés, mely a nagyobb sejtcsoportok működéséről és a rajtuk átfolyó elektromos jelekről szolgáltat információt
- intracelluláris elvezetések (hegyes elektródás és patch clamp), melyek egyetlen idegsejt jelfeldolgozásáról szolgáltatnak észletes információt
- egyedi ioncsatorna elvezetés, azt mutatja meg hogyan járulna hozzá az egyes ioncsatorn vagy receptor fehérjék az elektromos jelek létrehozásához
Képalkotó módszerekkel több ezer sejt vagy agyterület működését lehet megfigyelni: optogenetikai módszereket használva a működő sejtek villognak, illetve lézerfénnyel befolyásolható működésük, a funkcionális MRI segítségével egy feladat során megfigyelhető mely agyterületek mikor aktiválódnak.
A matematikusok és fizikusok is fejlesztettek, hatalmas adatmennyiség elemzésére alkalmas (gyakran látványra is szép) módszereket: PCA, klaszterezés, support vector machine, gépi tanulás, Bayes-i statisztika, kauzalitás vizsgálat, stb., melyek képesek arra, hogy bonyolult összefüggéseket és okságokat tárjanak fel.
És ha már számítógépek és számolás, akkor a modellezés sem maradhat ki. Különböző modellekben a sejtek jelintegrációját, a neuronhálózatok működési mintázatait vagy tanulását vizsgálhatják a kutatók.