Исследовательская группа во главе с нейроинженерами из Университета Райса создала беспроводную технологию для удаленной активации определенных мозговых цепей у плодовых мушек менее чем за одну секунду.
В опубликованной в Nature Materials демонстрации исследователи из Университета Райса, Университета Дьюка, Университета Брауна и Медицинского колледжа Бэйлора использовали магнитные сигналы для активации целевых нейронов, которые контролировали положение тела свободно движущихся плодовых мушек в вольере.
«Для изучения мозга или лечения неврологических расстройств научное сообщество ищет инструменты, которые одновременно являются невероятно точными, но при этом минимально инвазивными», — сказал автор исследования Джейкоб Робинсон, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Райс и член Райс. Нейроинженерная инициатива. «Дистанционное управление избранными нейронными цепями с помощью магнитных полей — своего рода святой Грааль для нейротехнологий. Наша работа делает важный шаг к этой цели, поскольку она увеличивает скорость дистанционного магнитного управления, приближая ее к естественной скорости мозга».
Робинсон сказал, что новая технология активирует нейронные цепи примерно в 50 раз быстрее, чем лучшая ранее продемонстрированная технология магнитной стимуляции генетически определенных нейронов.
«Мы добились прогресса, потому что у ведущего автора Чарльза Себесты возникла идея использовать новый ионный канал, чувствительный к скорости изменения температуры», — сказал Робинсон. «Собрав вместе экспертов в области генной инженерии, нанотехнологий и электротехники , мы смогли собрать все воедино и доказать, что эта идея работает. Это была действительно командная работа ученых мирового класса, с которыми нам посчастливилось работать».
Исследователи использовали генную инженерию для экспрессии специального теплочувствительного ионного канала в нейронах, который заставляет мух частично расправлять крылья, что является обычным жестом спаривания. Затем исследователи вводили магнитные наночастицы, которые можно было нагревать с помощью приложенного магнитного поля. Верхняя камера наблюдала за мухами, когда они свободно бродили по ограждению на электромагните. Изменяя поле магнита определенным образом, исследователи могли нагревать наночастицы и активировать нейроны. Анализ видеозаписей экспериментов показал, что мухи с генетическими модификациями принимали положение с расправленными крыльями примерно через полсекунды после изменения магнитного поля.
Робинсон сказал, что способность активировать генетически ориентированные клетки в точное время может стать мощным инструментом для изучения мозга, лечения болезней и разработки технологии прямой связи между мозгом и машиной.
Робинсон является главным исследователем MOANA, амбициозного проекта по разработке технологии гарнитуры для нехирургической беспроводной связи между мозгом. Сокращенно от «магнитный, оптический и акустический нейронный доступ», MOANA стремится разработать технологию гарнитуры, которая может как «считывать» или декодировать нейронную активность в зрительной коре головного мозга одного человека, так и «записывать» или кодировать эту активность в мозгу другого человека. Примером последней является магнитогенетическая технология.
Команда Робинсона работает над тем, чтобы частично восстановить зрение у слепых пациентов. Стимулируя части мозга, связанные со зрением, исследователи MOANA надеются дать пациентам чувство зрения, даже если их глаза больше не работают.
«Долгосрочная цель этой работы — создать методы активации определенных областей мозга у людей в терапевтических целях без хирургического вмешательства», — сказал Робинсон. «Чтобы достичь естественной точности мозга, нам, вероятно, нужно уменьшить время отклика до нескольких сотых долей секунды. Так что еще многое предстоит сделать».
Теги: биотехнологии
