کنترل نورونها با نور - بدون سیم یا باتری

کنترل نورونها با نور - بدون سیم یا باتری

 

در علم optogenetics، دانشمندان از نور استفاده می کنند تا گروه های نورونی مغز را روشن یا خاموش کنند

 

تحقیقات جدید نشان می دهد روش جدید optogenetics که نیاز به الیاف نوری بزرگ را حذف می کند، به محققان کنترل دقیق تر  شدت نور را می دهد و به طور همزمان باعث تحریک چندین قسمت مغز می شود

 

Philipp Gutruf، استاد مهندسی پزشکی دانشگاه آریزونا اولین نویسنده مقاله (سیستم optoelectronic بدون باتری قابل کاشت) ,در تحقیقات علوم اعصاب منتشر شده در Nature Electronics ,است

Optogenetics یک تکنیک بیولوژیکی است که از نور برای روشن کردن یا خاموش کردن گروه های خاص نورون در مغز استفاده می کند. برای مثال , محققان ممکن است تحریکات optogenetic برای بازگرداندن حرکت , در صورت فلج استفاده کنند, یا در آینده مناطق مغز و ستون فقرات را که موجب درد می شوند، برای از بین بردن نیاز به وابستگی روزافزون به سایر داروهای مسکن, خاموش کنند.

Gutruf بیان کرد : شما می توانید گروه های خاصی از نورون ها را هدف قرار دهید و عملکرد و ارتباط آنها را در زمینه کل مغز بررسی کنید.

در optogenetics، محققان نورون های خاصی را با پروتئین های به نام opsins بارگذاری می کنند که نور را به پتانسیل های الکتریکی تبدیل می کنند که عملکرد نورون را تشکیل می دهند. هنگامی که یک محقق در یک ناحیه مغز نور می گیرد، تنها نورون های فعال شده با opsin فعال می شود.

اما این دستگاه ها با محدودیت های خود به بازار آمدند, آنها بزرگ و اغلب به طور قابل توجهی خارج از جمجمه متصل می شوند, آنها کنترل دقیق فرکانس یا شدت نور را اجازه نمی دادند و فقط می تواند یک منطقه از مغز را در یک زمان تحریک کند.

 

کنترل بیشتر و فضای کمتر

"با این تحقیق، ما دو تا سه مرحله را ادامه دادیم.  gutruf بیان کرد : ما قادر به کنترل دیجیتالی بر شدت و فرکانس نور منتشر شده بودیم, و دستگاه ها بسیار کوچک هستند، بنابراین می توان آنها را زیر پوست سر گذاشت, ما همچنین می توانیم به طور مستقل چندین مکان را در مغز تحریک کنیم، که پیش از این نیز امکان پذیر نبود.

توانایی کنترل شدت نور بسیار مهم است, زیرا به محققان اجازه می دهد تا کنترل کنند که دقیقا چه مقدار از مغز, نور را تحت تاثیر قرار دهد که روشنایی نور دورتر از آن برسد. علاوه بر این، کنترل شدت نور، کنترل گرما تولید شده توسط منابع نور است و اجتناب از فعال شدن تصادفی از نورون که توسط گرما فعال می شود

 

ایمپلنت بی سیم، بدون باتری توسط میدان های مغناطیسی نوسان خارجی ایجاد می شود و با وجود توانایی های پیشرفته آنها به طور قابل توجهی بزرگتر یا سنگین تر از نسخه های گذشته نیستند.

این سیستم دارای دو آنتن در یک محفظه است که ما سیگنال را به عقب و جلو تغییر می دهیم به طوری که ما می توانیم ایمپلنت را در هر جهت تقویت کنیم .

گوتروف گفت. "در آینده، این تکنیک می تواند ایمپلنت های بدون باتری را ارائه کند که تحریک بدون وقفه بدون نیاز به حذف یا جایگزینی دستگاه, در نتیجه روش های کمتر تهاجمی نسبت به جراحی های ضربان ساز یا روش های تحریک شده است.

 

این دستگاه با یک عمل جراحی ساده مشابه جراحی که در آن افراد با نوروشیواستاتیک  یا ضربان ساز مغز نصب می شوند، کاشته می شود.

آنها اثرات سوء بر روی افراد ندارند و عملکرد آنها در طول زمان در بدن کاهش نمی یابد. این امر می تواند برای دستگاه های پزشکی مانند ضربان ساز, که در حال حاضر باید هر پنج تا 15 سال جایگزین شود

 

 

منبع مقاله

Philipp Gutruf, Vaishnavi Krishnamurthi, Abraham Vázquez-Guardado, Zhaoqian Xie, Anthony Banks, Chun-Ju Su, Yeshou Xu, Chad R. Haney, Emily A. Waters, Irawati Kandela, Siddharth R. Krishnan, Tyler Ray, John P. Leshock, Yonggang Huang, Debashis Chanda, John A. Rogers. Fully implantable optoelectronic systems for battery-free, multimodal operation in neuroscience researchNature Electronics

 

https://news.engineering.arizona.edu/news/controlling-neurons-light-without-wires-or-batteries