在光遗传学中,科学家利用光来打开或关闭大脑

时间:2019-01-23

控制光强度的才干至关重要,因为它允许研究人员正确控制光影响的大脑 - 光线越亮,光辉越远。此外,掌握光的强度象征着控制光源产生的热量,并避免被热激活的神经元的意外激活。

光遗传学的第一次迭代波及通过光纤向大脑发送光,这象征着测试对象被物理地束缚到节制站。研究人员连续开发应用无线电子设备的无电池技巧,这意味着受试者可以自由移动。

无线,无电池植入物由外部振荡磁场供给能源,只管存在提高的功能,但并不比从前的版本大得多或重得多。此外,新的天线设计消除了从前版本的光遗传设备所面临的问题,其中传输到设备的信号强度根据大脑的角度而变革:受试者会转过分并且信号会变更削弱。

该论文还证明植入这些安装的动物可以通过打算机断层扫描,CT或磁共振成像或MRI进行保险成像,从而能够深入理解临床相关参数,如骨骼和组织的状态以及装置。

更多控制,更少空间

器械采用简单的外科手术,类似于手术,其中人类配有神经刺激器或“大脑起搏器”。它们不会对受试者产生不良影响,并且随着时间的推移,它们的功能不会在体内降解。这可能对心脏起搏器等医疗设备发生影响,目前需要每隔5到15年更换一次。

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亚利桑那大学生物医学工程教养Philipp Gutruf是该论文的第一作者,该论文发表在Nature Electronics上,用于神经科学研讨中的无电池,多模式操作的完全植入式光电体系。

“这个系统在一个外壳中有两个天线,咱们可以非常快速地来回切换信号,因此我们可以在任何方向为植入物供电,”Gutruf说。“未来,这种技术可能提供无电池的植入物,无需移除或更换设备即可供应不间断的刺激,从而导致比现有起搏器或刺激技术更少侵入性的手术。”

光遗传学是一种生物技能,利用光来打开或封闭大脑中的特定神经元群。例如,研究人员可能会运用光遗传学刺激来恢复瘫痪时的运动,或者在将来关闭引起苦楚悲伤的大脑或脊柱区域,从而消除对阿片类药物跟阿片类药物跟其余止痛药。

“咱们正在制作这些工具,以懂得大脑的不同部分是如何工作的,”Gutruf说。“光遗传学的优势在于你具备细胞特异性:你可以针对特定的神经元群体,并在全体大脑环境中研究它们的功效和关系。”

在光遗传学中,研究人员用称为视蛋白的蛋白质加载特定的神经元,这些蛋白质将光转换成构成神经元功能的电位。当研究职员在大脑区域照射光时,它仅激活视蛋白负载的神经元。

然而这些装备仍然有其自身的局限性 - 它们体积巨大并且经常在头骨外部明显附着,它们不能准确把持光芒的频率或强度,它们一次只能刺激大脑的一个区域。

“通过这项研究,我们进一步进行了两到三步,”Gutruf说。“我们可能实现对发射光的强度和频率的数字操纵,并且设备无比小型化,因而它们可以植入头皮下。我们还可以独破地刺激同一主体的大脑中的多个位置,以前也不可能。“