Raziskovalci so zasnovali ultra-tanko, prilagodljivo in minimalno invazivno nevronsko sondo, ki lahko ne samo beleži nevronsko aktivnost, ampak tudi uporablja svetlobo za stimulacijo določenih skupin nevronov.
Ta sonda, opisana v novi študiji v Nature Communications, meri približno eno-petino širine človeškega lasu in je zelo-primerna za preučevanje majhnih, mobilnih predelov živčnega sistema, kot so hrbtenjača ali periferni živci (živci zunaj možganov in hrbtenjače, ki prenašajo informacije med možgani in preostalim delom telesa).
Tukaj potrebujete zelo majhno, prilagodljivo sondo, ki jo je mogoče vsaditi med vretenca, da se poveže z nevroni in se lahko upogne, ko se hrbtenjača premika,« je povedal so-višji avtor Axel Nimmerjahn, izredni profesor na Waitt Advanced Biophotonics Center na inštitutu Salk za biološke študije v Združenih državah.
Nevralne sonde je mogoče implantirati tudi za daljši čas, ker so bolj združljive z biološkimi tkivi in je manj verjetno, da bodo sprožile imunski odziv.
Donald Sirkis, profesor nanoinženiringa na Jacobs School of Engineering in so-višji avtor študije, je dejal: "Za kronične nevronske vmesnike potrebujete prikrito sondo - nekaj, za kar telo sploh ne ve, da obstaja, vendar lahko še vedno komunicira z nevroni." Na kalifornijski univerzi v San Diegu.
Kar ločuje to sondo od drugih obstoječih ultra{0}}tankih, upogljivih sond je, da je sestavljena iz električnega kanala in optičnega kanala, kar ji omogoča snemanje električne aktivnosti nevronov in uporabo svetlobe za stimulacijo določenih skupin nevronov.
Imeti ta dvojni način - električnega snemanja in optične stimulacije - na tako majhnem odtisu je edinstvena kombinacija,« je pojasnil Sirbuly.
Nova nevronska sonda je domiseln inženirski podvig.
Električni kanal vsebuje ultratanko polimerno elektrodo (ki lahko prevaja elektriko), medtem ko optični kanal vsebuje ultratanko optično vlakno, ki prepušča svetlobo. Postavitev obeh v isto nevronsko sondo zahteva nekaj zelo pametnega inženiringa.
Kanali morajo biti izolirani, da med vgradnjo v mikrosondo s premerom le 8 do 14 mikronov ne motijo drug drugega. Raziskovalci morajo tudi zagotoviti, da so sonde prilagodljive, vzdržljive, biokompatibilne in sposobne delovati tako dobro kot obstoječe stanje---art nevronskih sond.
Ko so izdelane, se nevralne sonde vsadijo v možgane živih miši za do en mesec, v tem času pa ne povzročajo skoraj nobenega vnetja v možganskem tkivu.
Te sonde lahko beležijo električno aktivnost nevronov z visoko občutljivostjo in se lahko uporabljajo tudi za spodbujanje nevronov v skorji miši, da premaknejo svoje brke.
Trenutno vemo zelo malo o tem, kako deluje hrbtenjača, kako obdeluje informacije in kako je njena nevronska aktivnost motena ali poškodovana v določenih boleznih," je dejal Nimmerjahn.
Snemanje iz tako dinamičnih in majhnih struktur je bilo vedno tehnični izziv. Verjamemo, da imajo naše sonde in prihodnji nizi sond edinstven potencial, da nam pomagajo pri preučevanju hrbtenjače - ne samo, da bi jo razumeli na temeljni ravni, temveč tudi zato, da bi lahko uravnavali njeno aktivnost.
Poleg tega, ker je mogoče doseči mikrovlakna skoraj katere koli dolžine, je mogoče proizvodni proces uporabiti za razvoj nevronskih sond, ki lahko dosežejo globlje možganske regije. Ker pa se togost sonde z naraščajočo dolžino zmanjšuje, bo morda treba spremeniti zasnovo -, kot je na primer topljiva sladkorna prevleka ali tog polimerni sloj -, da se prepreči upogibanje.
