Egy új száloptikai eszköz forradalmasíthatja a mély agyi stimulációt
A St. Louis-i Washington Egyetem kutatói új típusú száloptikai eszközt hoztak létre, amely képes befolyásolni az agy mély rétegeiben zajló idegi aktivitást. A McKelvey Mérnöki Kar és a WashU Medicine csapata szerint ez a technológia ugyanúgy forradalmasíthatja az agykutatás területét, ahogy a száloptika forradalmasította a távközlést.
A WashU mérnökei és idegtudósai lézergravírozással körülbelül 1000 mikroszkopikus tükröt vésettek egyetlen optikai szálba, és így kifejlesztettek egy hajszálvékony implantátumot, amely a fényt több mély agyi célpontra irányíthatja az idegmoduláció érdekében. A kutatók PRIME (panoramically reconfigurable illuminative) szálnak nevezett eszköze egyetlen, hajszálvékony implantátumon keresztül több helyszínen is újrakonfigurálható optikai stimulációt biztosít. „A szálalapú technikák és az optogenetika kombinálásával eddig soha nem látott mértékű mély agyi stimulációt érhetünk el” – mondta Song Hu, a McKelvey Mérnöki Kar biomérnöki professzora.
Az optikai szálak az optogenetika területének kulcsszereplői. Fényérzékeny ioncsatornákat használnak a mély agy neuronjainak vezérlésére. Ez lehetővé teszi a sejtek be- és kikapcsolását. A kutatók azonban azt állítják, hogy a hagyományos, egy szálas berendezések csak egy célpontot tudnak megvilágítani. A csapat célja az volt, hogy több száz vagy ezer különböző agyi helyre juttassák el a fényt.
Ahelyett, hogy a szálak számát a helyek számához igazították volna, kifejlesztették a PRIME technológiát. A csapat ultrarövid lézeres 3D mikrogyártást alkalmazott, hogy több ezer rácsos fénykibocsátót véssen az optikai szálba. Ezek tükörként működnek, és a fényforrásokat az emberi hajszál méretének 1/100-ad részére szabdalják. A kutatók szerint ezzel a módszerrel egyetlen szál ezer különböző irányba tudja irányítani a fényt. Ezt az agyban található diszkógömbhöz hasonlították. A csapat az eredményeket a Nature Neuroscience folyóiratban tette közzé.
Állatmodelleken végzett kísérletekben a PRIME-ot használták a felső colliculus (agytörzs) alrégiói aktivitásának vezérlésére. A rekonfigurálható fénymintázat függvényében szisztematikusan lefagyási vagy menekülési viselkedést indukáltak. Adam Kepecs a WashU Medicine idegtudományi és pszichiátriai professzora szerint ez kibővítheti a lehetőségeket az idegi aktivitás az észlelés és cselekvés kapcsolatának feltérképezésében.
A csapat reméli, hogy az optogenetika és a fotometria kombinálásával a PRIME-ot kétirányú interfésszé tudja fejleszteni. Ez lehetővé tenné a kutatók számára, hogy egyszerre stimulálják és rögzítsék is az agyi aktivitást. „Ez egy izgalmas utazás kezdete” – mondta Hu. „Végső célunk, hogy a PRIME vezeték nélküli és hordható legyen. Minél kevésbé nehézkes az eszköz, annál természetesebb, hétköznapibb adatokhoz juthatunk olyan alanyoktól, akik szabadon viselkednek.”