Bezprzewodowa aktywacja docelowych obwodów mózgu w czasie krótszym niż jedna sekunda

Zespół badawczy kierowany przez neuroinżynierów z Rice University opracował technologię bezprzewodową do zdalnej aktywacji określonych obwodów mózgowych u muszek owocówek w czasie krótszym niż jedna sekunda.

W demonstracji opublikowanej w materiały naturyW badaniu naukowcy z Rice, Duke University, Brown University i Baylor College of Medicine wykorzystali sygnały magnetyczne do aktywacji docelowych neuronów, które kontrolują pozycję ciała do swobodnego poruszania się. muszki owocówki w puszce.

uczyć się mózg lub w leczeniu zaburzeń neurologicznych społeczność naukowa poszukuje narzędzi, które są niezwykle dokładne, ale także minimalnie inwazyjne” – powiedział autor badania Jacob Robinson, profesor nadzwyczajny elektrotechniki i Inżynieria komputerowa w Rice oraz członek Rice Initiative for Neuroengineering. „Zdalne sterowanie określonymi obwodami neuronowymi za pomocą pól magnetycznych jest rodzajem świętego Graala neurotechnologii. Nasza praca robi ważny krok w tym kierunku, ponieważ zwiększa prędkość zdalnego sterowania magnetycznego, zbliżając ją do normalnej prędkości mózgu”.

Robinson powiedział, że nowa technologia aktywuje obwody neuronowe około 50 razy szybciej niż wcześniej sprawdzona najlepsza technika magnetycznej stymulacji genetycznie zdeterminowanych neuronów.

„Poczyniliśmy postępy, ponieważ główny autor, Charles Sebesta, wpadł na pomysł wykorzystania nowego kanału jonowego, który jest wrażliwy na szybkość zmian temperatury” – powiedział Robinson. „Dzięki gromadzeniu ekspertów w dziedzinie inżynierii genetycznej, nanotechnologii i… Inżynieria elektryczna Udało nam się połączyć wszystkie elementy i udowodnić, że ten pomysł się sprawdził. To był naprawdę wysiłek zespołowy światowej klasy naukowców, z którymi mieliśmy szczęście pracować”.

Badacze wykorzystani Inżynieria genetyczna Wyrażanie specjalnego, wrażliwego na ciepło kanału jonowego w neuronach, który powoduje, że muchy częściowo rozkładają skrzydła, co jest powszechnym gestem godowym. Następnie naukowcy wstrzyknęli nanocząsteczki magnetyczne, które można było ogrzać za pomocą przyłożonego pola magnetycznego. Górna kamera obserwowała muchy swobodnie krążące wokół pojemnika nad elektromagnesem. Zmieniając w określony sposób pole magnesu, naukowcy mogą podgrzewać nanocząsteczki i aktywować neurony. Analiza wideo eksperymentów wykazała, że ​​muchy z modyfikacjami genetycznymi przyjmują pozycję rozkładania skrzydeł w ciągu około pół sekundy od pole magnetyczne one się zmieniają.

Robinson powiedział, że zdolność do aktywacji komórek ukierunkowanych genetycznie w określonym czasie może być potężnym narzędziem do badania mózgu, leczenia chorób i opracowywania technologii bezpośredniej komunikacji mózg-maszyna.

Robinson jest głównym badaczem w MOANA, ambitnym projekcie opracowania technologii słuchawek do nieinwazyjnej i bezprzewodowej komunikacji między mózgiem a mózgiem. Skrót od „Neural Magnetic, Optical and Acoustic Access”, MOANA stara się opracować technologię słuchawek, która może „odczytywać” lub dekodować aktywność neuronową w korze wzrokowej jednej osoby i „zapisywać” lub kodować tę aktywność w mózgu innej osoby. Przykładem tego ostatniego jest technologia magnetyczna.

Zespół Robinsona pracuje nad celem częściowego przywrócenia wzroku niewidomym pacjentom. Stymulując części mózgu związane ze wzrokiem, naukowcy z projektu MOANA mają nadzieję zapewnić pacjentom poczucie widzenia, nawet jeśli ich oczy już nie działają.

„Długoterminowym celem tej pracy jest znalezienie sposobów na aktywację określonych obszarów mózgu u ludzi w celach terapeutycznych bez potrzeby operacji” – powiedział Robinson. „Aby uzyskać naturalną rozdzielczość mózgu, prawdopodobnie potrzebujemy odpowiedzi w ciągu kilku setnych sekundy. Więc wciąż jest wiele do zrobienia”.