Ασύρματη ενεργοποίηση στοχευμένων εγκεφαλικών κυκλωμάτων σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Rice, το Πανεπιστήμιο Duke, το Πανεπιστήμιο Brown και το Baylor College of Medicine ανέπτυξαν μια μαγνητική τεχνολογία για τον ασύρματο έλεγχο των νευρικών κυκλωμάτων στις μύγες των φρούτων. Χρησιμοποίησαν τη γενετική μηχανική για να εκφράσουν ευαίσθητα στη θερμοκρασία κανάλια ιόντων σε νευρώνες που ελέγχουν τη συμπεριφορά και νανοσωματίδια σιδήρου για να ενεργοποιήσουν τα κανάλια. Όταν οι ερευνητές ενεργοποίησαν ένα μαγνητικό πεδίο στο περίβλημα των μυγών, τα νανοσωματίδια μετέτρεψαν τη μαγνητική ενέργεια σε θερμότητα, πυροδοτώντας κανάλια και ενεργοποιώντας νευρώνες. Μια κάμερα πάνω από το κεφάλι απεικόνισε τις μύγες κατά τη διάρκεια των πειραμάτων και η οπτική ανάλυση έδειξε μύγες με γενετικές τροποποιήσεις που ανέλαβαν θέση απλώματος φτερού μέσα σε περίπου μισό δευτερόλεπτο από τη λήψη του μαγνητικού σήματος. Πιστώσεις: C. Sebesta and J. Robinson/Rice University

Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τους νευρομηχανικούς του Πανεπιστημίου Rice επινόησε μια ασύρματη τεχνολογία για την εξ αποστάσεως ενεργοποίηση συγκεκριμένων εγκεφαλικών κυκλωμάτων σε μύγες φρούτων σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο.

Σε μια επίδειξη που δημοσιεύτηκε στο υλικά της φύσηςΣτη μελέτη, ερευνητές από το Rice, το Πανεπιστήμιο Duke, το Πανεπιστήμιο Brown και το Baylor College of Medicine χρησιμοποίησαν μαγνητικά σήματα για να ενεργοποιήσουν τους νευρώνες-στόχους που ελέγχουν τη θέση του σώματος να κινείται ελεύθερα. μύγες φρούτων στο κουτάκι.

να διαβάσω εγκέφαλος ή για τη θεραπεία νευρολογικών διαταραχών επιστημονική κοινότητα ψάχνοντας για εργαλεία που είναι απίστευτα ακριβή, αλλά και ελάχιστα επεμβατικά», δήλωσε ο συγγραφέας της μελέτης Jacob Robinson, αναπληρωτής καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και μηχανικός ηλεκτρονικών υπολογιστών στο Rice και μέλος της Rice Initiative for Neuroengineering. “Ο τηλεχειρισμός συγκεκριμένων νευρικών κυκλωμάτων με μαγνητικά πεδία είναι ένα είδος ιερού δισκοπότηρου νευροτεχνολογιών. Η δουλειά μας κάνει ένα σημαντικό βήμα προς αυτόν τον στόχο, επειδή αυξάνει την ταχύτητα του μαγνητικού τηλεχειριστηρίου, φέρνοντάς το πιο κοντά στην κανονική ταχύτητα του εγκεφάλου.”

Ο Robinson είπε ότι η νέα τεχνολογία ενεργοποιεί τα νευρωνικά κυκλώματα περίπου 50 φορές πιο γρήγορα από μια προηγουμένως αποδεδειγμένη καλύτερη τεχνική για τη μαγνητική διέγερση γενετικά καθορισμένων νευρώνων.

«Κάναμε πρόοδο επειδή ο επικεφαλής συγγραφέας, ο Τσαρλς Σεμπέστα, είχε την ιδέα να χρησιμοποιήσει ένα νέο κανάλι ιόντων που είναι ευαίσθητο στον ρυθμό μεταβολής της θερμοκρασίας», είπε ο Ρόμπινσον. «Με τη συγκέντρωση ειδικών στη γενετική μηχανική, τη νανοτεχνολογία και ηλεκτρολόγων μηχανικών Καταφέραμε να ενώσουμε όλα τα κομμάτια και να αποδείξουμε ότι αυτή η ιδέα λειτούργησε. Αυτή ήταν πραγματικά μια ομαδική προσπάθεια επιστημόνων παγκόσμιας κλάσης με τους οποίους είχαμε την τύχη να συνεργαστούμε».

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν Γενετική μηχανική Για να εκφράσουν ένα ειδικό ευαίσθητο στη θερμότητα κανάλι ιόντων στους νευρώνες που αναγκάζει τις μύγες να ανοίγουν μερικώς τα φτερά τους, μια κοινή χειρονομία ζευγαρώματος. Στη συνέχεια, οι ερευνητές έγχυσαν μαγνητικά νανοσωματίδια που μπορούσαν να θερμανθούν χρησιμοποιώντας ένα εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο. Η εναέρια κάμερα παρακολούθησε τις μύγες να περιφέρονται ελεύθερα γύρω από ένα δοχείο πάνω από έναν ηλεκτρομαγνήτη. Αλλάζοντας το πεδίο του μαγνήτη με συγκεκριμένο τρόπο, οι ερευνητές μπορούν να θερμάνουν τα νανοσωματίδια και να ενεργοποιήσουν τους νευρώνες. Η ανάλυση βίντεο από τα πειράματα έδειξε ότι οι μύγες με τις γενετικές τροποποιήσεις προϋποθέτουν τη λειτουργία απλώματος φτερού μέσα σε περίπου μισό δευτερόλεπτο μαγνητικό πεδίο αλλάζουν.

Ο Ρόμπινσον είπε ότι η ικανότητα να ενεργοποιούνται γενετικά στοχευμένα κύτταρα σε συγκεκριμένες στιγμές θα μπορούσε να είναι ένα ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη του εγκεφάλου, τη θεραπεία ασθενειών και την ανάπτυξη τεχνολογίας άμεσης επικοινωνίας εγκεφάλου-μηχανής.

Ασύρματη ενεργοποίηση στοχευμένων εγκεφαλικών κυκλωμάτων σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Rice, το Πανεπιστήμιο Duke, το Πανεπιστήμιο Brown και το Baylor College of Medicine κατασκεύασαν γενετικά νευρώνες που ελέγχουν τη στάση των φρουτόμυγων για να αντιδρούν σε σήματα από το μαγνητικό πεδίο. Οι μύγες εγχύθηκαν με νανοσωματίδια σιδήρου που μετατρέπουν τα μαγνητικά σήματα σε θερμότητα, ενεργοποιώντας τους νευρώνες. Μια κάμερα πάνω από το κεφάλι κατέγραψε πώς συμπεριφέρονται οι μύγες όταν οι νευρώνες απενεργοποιούνται και ενεργοποιούνται από ένα μαγνητικό πεδίο στο κάνιστρο. Πιστώσεις: C. Sebesta and J. Robinson/Rice University

Ο Robinson είναι ο κύριος ερευνητής του MOANA, ενός φιλόδοξου έργου για την ανάπτυξη τεχνολογίας ακουστικών για μη επεμβατική και ασύρματη επικοινωνία μεταξύ εγκεφάλου και εγκεφάλου. Συντομογραφία του “Neural Magnetic, Optical, and Acoustic Access”, το MOANA επιδιώκει να αναπτύξει τεχνολογία ακουστικών που μπορεί να “διαβάσει” ή να αποκωδικοποιήσει τη νευρική δραστηριότητα στον οπτικό φλοιό ενός ατόμου και να “γράψει” ή να κωδικοποιήσει αυτή τη δραστηριότητα στον εγκέφαλο ενός άλλου ατόμου. Η μαγνητική τεχνολογία είναι ένα παράδειγμα της τελευταίας.

Η ομάδα του Robinson εργάζεται προς τον στόχο της μερικής αποκατάστασης της όρασης σε τυφλούς ασθενείς. Διεγείροντας τα μέρη του εγκεφάλου που σχετίζονται με την όραση, οι ερευνητές του MOANA ελπίζουν να δώσουν στους ασθενείς μια αίσθηση όρασης ακόμα κι αν τα μάτια τους δεν λειτουργούν πλέον.

«Ο μακροπρόθεσμος στόχος αυτής της εργασίας είναι να βρεθούν τρόποι για την ενεργοποίηση συγκεκριμένων περιοχών του εγκεφάλου στον άνθρωπο για θεραπευτικούς σκοπούς χωρίς την ανάγκη χειρουργικής επέμβασης», είπε ο Robinson. “Για να φτάσουμε στη φυσική ανάλυση του εγκεφάλου, πιθανότατα πρέπει να λάβουμε απόκριση μερικών εκατοστών του δευτερολέπτου. Επομένως, υπάρχουν ακόμη δρόμοι”.


Το έργο στοχεύει στη μεταφορά της οπτικής αντίληψης από τους βλέποντες στους τυφλούς


περισσότερες πληροφορίες:
Charles Sebesta et al., Πολυκαναλικός υποδεύτερος μαγνητικός έλεγχος επιλεγμένων νευρικών κυκλωμάτων σε ελεύθερα κινούμενες μύγες, υλικά της φύσης (2022). DOI: 10.1038 / s41563-022-01281-7

Εισαγωγή του
Πανεπιστήμιο Ράις

το απόσπασμα: Ασύρματη ενεργοποίηση κυκλωμάτων εγκεφάλου στόχου σε λιγότερο από 1 δευτερόλεπτο (2022, 14 Ιουλίου) Ανακτήθηκε στις 14 Ιουλίου 2022 από τη διεύθυνση https://medicalxpress.com/news/2022-07-wireless-brain-circuits.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Αυτό είναι το Chang'e-5 από τη σεληνιακή τροχιά

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *