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微型无线设备:有助于探明大脑内部工作机制

简介

根据亚利桑那大学官方网站最近的一份报告,该大学研究人员开发的一种设备可以在单个神经元水平上观察大脑,从而让我们深入了解疼痛、成瘾和某些疾病的机制。

背景

哺乳动物的大脑是身体中最复杂的器官。它可以同时处理数以千计的刺激来分析模式、预测变化并产生高度谨慎的行动。大脑是如何在几分之一秒内到达那里的基本上是未知的。

(照片来源:埃琳娜卡维纳/MIPT新闻办公室)

能够在单个神经元水平上检测大脑的植入体并不为研究人员所欢迎。在日常环境中研究身体运动期间的神经元活动更加困难,因为监测设备通常涉及研究参与者和控制台之间的连接线。

Innovation

最近,亚利桑那大学、乔治华盛顿大学和西北大学的研究人员发明了一种不用电池的超小型无线设备,它利用光来记录单个神经元的活动,这样神经科学家就可以看到大脑是如何工作的。《美国国家科学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences)》发表的一篇研究论文详细描述了这项技术。

(图片来源:亚利桑那大学工程学院)

艾历克斯伯顿是古特鲁夫实验室的成员,亚利桑那大学生物医学工程系的博士候选人,也是这项研究的主要作者,他说:“作为生物医学工程师,我们正与神经科学领域的合作伙伴一起改进工具,以更好地理解大脑,特别是当我们穿越我们周围的世界时,这些个体神经元(构成大脑的基本单位)是如何相互作用的。”

Technology

首先,这个过程包括用一种根据活动改变亮度的染料对选定的神经元进行染色。然后,该装置向染料照射光线,使神经元的生化处理可见。该设备使用比人类头发略宽的探针来捕捉这些变化,然后处理神经元活动的直接读数,并将信息无线传输给研究人员。

这个设备用光记录单个神经元的活动。(来源:亚利桑那大学工程学院)

伯顿说:“这种装置比一个毫米糖果还小,重量只有它的二十分之一。”

由于不需要电池,该设备可以做得非常小,像一张纸一样柔软。它从设备顶部的小天线收集的外部振荡磁场中吸收能量。因此,研究人员可以在不使用限制性设备的情况下研究大脑活动,并为神经科学家深入研究大脑形成机制建立一个平台。该

Value

Gutruf实验室负责人、亚利桑那大学BIO5研究所成员、生物医学科学助理教授、该研究的资深作者菲利普古特夫说:“在制造该装置时,我们使用的材料和方法非常容易获得,而且价格低廉,足以让科学界大规模使用该工具。我们希望这项技术能够在对抗神经退行性疾病(如阿尔茨海默病和帕金森病)方面产生影响,并探索疼痛、成瘾和抑郁的生物学机制。”

keywords

brain,implant,neuron

reference

[1]alexburton,sofian n. obaid,abraham vá zquez-guardado,matthew b. schmit,tucker stuart,Irawati Kandela,Chad R. Haney,Emily A. Waters,Haijiang Cai,John A. Rogers,Lu,Philipp Gutruf .无线、无电池皮下植入测光系统,用于神经动力学的长期记录。美国国家科学院学报,2020; DOI : 10.1073/PNAS .

【2】 . Arizona . edu/story/tiny-wireless-devices-cast-light-brain-s-inner-work



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