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在光遗传学中,科学家利用光来打开或关闭大脑

发布时间:2019-01-10

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。当研究人员在大脑区域照射光时,它仅激活视蛋白负载的神经元。

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“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,因此咱们可以在任何方向为植入物供电,”Gutruf说。“将来,这种技巧可以供给无电池的植入物,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能更少侵入性的手术。”

光遗传学是一种生物技术,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,或者在未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和阿片类药物和其余止痛药。

“我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存在细胞特异性:你可以针对特定的神经元群体,并在全体大脑环境中研讨它们的功能跟关系。”

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,用于神经科学研究中的无电池,多模式操作的完全植入式光电体系。

无线,无电池植入物由外部振荡磁场提供能源,只管具备提高的功能,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装置的动物可能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,如骨骼跟组织的状态以及安装。

“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控制,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。“

掌握光强度的才干至关重要,因为它允许研究职员准确节制光影响的大脑 - 光芒越亮,光线越远。此外,控制光的强度象征着把持光源产生的热量,并避免被热激活的神经元的意外激活。

更多操纵,更少空间

然而这些设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,它们不能正确控制光辉的频率或强度,它们一次只能刺激大脑的一个区域。

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”。它们不会对受试者发生不良影响,并且随着时间的推移,它们的功效不会在体内降解。这可能对心脏起搏器等医疗装备产生影响,目前需要每隔5到15年更换一次。

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



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