Nanocaurules zonde sniedz viena neirona skatījumu uz smadzeņu darbību

Neliels šķēps, kas izgatavots no oglekļa nanocaurulēm, var pārbaudīt viena neirona iekšējo elektrisko aktivitāti, sniedzot pētniekiem precīzāku skatījumu uz to, kā smadzeņu šūnas reaģē uz signāliem no blakus esošajām šūnām. Smadzeņu pārbaude ar šo izšķirtspēju varētu būt ļoti svarīga, lai mēģinātu izprast un detalizēti kartēt to funkcijas (skatiet, kāpēc Obamas smadzeņu kartēšanas projekts ir svarīgs).

Āķis: Mikrogrāfijā redzams jauns smadzeņu elektrods, kas ir pietiekami plāns un garš, lai ierakstītu no viena neirona iekšpuses.

Neironu harpūnas ir tikai 5 līdz 10 mikrometrus platas un var caurdurt dzīvu šūnu, lai izmērītu elektriskās izmaiņas, kas saistītas ar neironu signalizāciju. Atdalītās joprojām aktīvo peļu smadzeņu audu šķēlēs Djūka universitātes pētnieki vienlaikus varēja ierakstīt no viena neirona iekšpuses.

Cik mums zināms, mūsu rakstā parādīts pirmais intracelulārais ieraksts ar oglekļa nanocaurulēm no mugurkaulnieku neironiem, teikts Brūss Donalds , bioķīmiķis un datorzinātnieks Djūka universitātē un autors pētījums, kas tika publicēts PLoS ONE trešdienā.

Oglekļa nanocaurulēm ir daudz smadzeņu ierakstiem vēlamu īpašību, saka Donalds: tās ir spēcīgas, ir saderīgas ar ķermeņa audiem un labi vada elektrību. Taču iepriekšējās ierīces, kas izgatavotas no oglekļa nanocaurulēm, ir bijušas pārāk īsas vai platas, lai tās būtu labi piemērotas ierakstīšanai šūnās. Tomēr hercoga pētnieku uzbūvētās zondes bija aptuveni vienu milimetru garas, un tās varēja uzraudzīt elektrisko aktivitāti precīzāk nekā tipiski stikla vai metāla elektrodu iestatījumi.

Asais gals: Neiroharpūna nonāk ļoti smalkā punktā.

Komanda spēja atklāt nelielas izmaiņas elektriskās aktivitātes šūnā - izmaiņas, kas atbilst ievades signāliem, ko neirons saņēma no citiem neironiem. Vidējais kortikālais neirons var saņemt signālus no aptuveni 10 000 citiem neironiem, saka Ričards Mūnijs , Djūka universitātes neirozinātnieks un pētījuma autors. Viņš saka, ka atsevišķi tie rada ļoti mazus signālus. Kopā signālu kolekciju aprēķina uztverošais neirons, kad tas izlemj, vai izšaut vai ne.

Intracelulārie ieraksti varētu būt noderīgi, lai kartētu funkcionālos savienojumus starp neironiem, kas ir nesen uzsāktās BRAIN iniciatīvas mērķis (skatiet Smadzeņu aktivitātes karti). Varot ieskatīties šūnā un izmērīt nelielas sprieguma izmaiņas, jūs iegūstat piekļuvi tīklam, kas runā ar šo šūnu, saka Mūnijs.

Pētnieki izmantoja gudru tehniku, lai izveidotu savu ierīci, saka Takaši Kozai , neironu inženieris, kurš nebija iesaistīts pētījumā. Sākot no volframa stieples gala, viņi izveidoja garu adatai līdzīgu zondi, kas izgatavota no sapinušām oglekļa nanocaurulēm. Pēc tam viņi pārklāja zondi ar izolācijas materiālu un izmantoja fokusētu jonu staru, lai bombardētu galu, noņemot izolāciju no šīs vietas un noskūjot to līdz smalkam punktam.

Izmantojot šo paņēmienu, jūs varat izgatavot [zondes] tik ilgi, cik vēlaties, saka Kozai, kurš arī izstrādā mikroskopiskus elektrodus neironu aktivitātes reģistrēšanai (skatiet Oglekļa mikropavedienu, kas veido kontaktu ar prātu). Viņš saka, ka darbs ir pamats vēl šaurāku ierīču izgatavošanai, iespējams, 100 nanometriem, nevis mikroniem.

Papildus atdalītajām smadzeņu šķēlītēm komanda pārbaudīja savu plāno elektrodu anestēzētām pelēm, lai gan viņi nevarēja iegūt ierakstus no šo dzīvnieku smadzeņu šūnām. Tomēr, ja turpmākās nanocaurules gala versijas būs vēl asākas, tās, iespējams, spēs labāk caurdurt šūnas mīkstās un porainās smadzenēs, saka Kozai. Ja tas ir iespējams un ja ierīce laika gaitā ir stabila dzīvās smadzenēs, tas varētu palīdzēt pētniekiem izpētīt, kā dzīvās smadzenes mācās un atceras.

Ja viņi var stabili ierakstīt no vienas šūnas gareniski, Kozai saka, to varētu izmantot, lai kartētu, kā neironi mainās atmiņas veidošanās un mācīšanās laikā.

paslēpties