Комментарии участников:
Имплантируемая оптоэлектроника — гибкая система, состоящая из электродов, светодиодов, фотодетекторов и термосенсоров, была разработана для имплантации в мозг животного и управляется с помощью беспроводного радиочастотного приемника, прикрепленного к его черепу.
Техника производства мембранных устройств не нова. Она разработана несколько лет назад в лаборатории Джона Роджерса. Эти устройства включают в себя полупроводниковые пленки, расслаивающиеся по одной с помощью штампа и переносятся на пластиковые субстраты.
Ученые могли использовать мультифункциональную систему для стимуляции и зондирования мозга различными путями, поясняет Бручас. Микроэлектроды могут измерять электрические сигналы вырабатываемые нейронами, что также может использоваться для их стимуляции. Фотодиоды обеспечивают работу светодиодов, но они так же могут использоваться для определения световых сигналов генерируемых нейронами, которые были генетически модифицированы, чтобы определять флуоресцентные белки.
Микросветодиоды, равные по размеру отдельным нейронам, могут приводить их в действие, в отличие от оптоволоконных имплантов, обычно используемых в оптогенетике, которые в четыре раза шире. Исследователи так же могут комбинировать светодиоды различных цветов в одном устройстве, чтоб одновременно контролировать нейроны, которые реагируют на разные цвета. Такое мультиплексирование позволяет ученым анализировать участки головного мозга более точно, говорит Бручас. Датчик температуры показывающий уровень тепла, генерируемого светодиодами, предотвращает перегревание материала.
Когда ученые установили устройство, которое присоединялось к радиочастотному модулю питания оборудованному на голове животного, внутри мозга живых мышей это не вызывало ни воспаления ни инфекции. Чтобы опробовать возможности системы изменять поведение животных, исследователи вмонтировали его ближе к особой группе нейронов, которую они генетически изменили для высвобождения дофамина по световому сигналу. Дофамин является важной частью “системы поощрения” мозга, так как вызывает чувство удовольствия, например от вкусной еды или секса и играет важную роль в наркозависимости.
В этом эксперименте мыши были помещены в лабиринт. Когда животные находили в нем нужное место, исследователи активировали диоды, включая и выключая их, для высвобождения дофамина. Животные быстро научились обнаруживать нужный маршрут, для получения новой порции удовольствия.
“Устройство иллюстрирует интеграцию миниатюрных полупроводниковых приборов глубоко в ткани, будь то мозг или сердце, или другой орган”, говорит Роджерс. Более утонченные кремниевые схемы будут использоваться для имплантации в будущем, говорит он, прокладывая путь для их применения в медицинской диагностике, мониторинге и лечении.
“Работа показывает нам как миниатюризация и системная интеграция ведет нас к новым устройствам и приложениям”, говорит Томас Штиглиц — профессор в отделе микросистемной техники Фрайбургского университета в Германии. Штиглиц и его коллеги также пытаются разработать беспроводные, возможно, биоразлагаемые импланты для оптогенетики.
“Способность выполнять беспроводную стимуляцию и зондирование открывает перед нами новые пути развития поведенческой неврологии, позволяющие исследовать более сложные черты поведения, такие как социальные взаимодействия и репродуктивное поведение”, говорит Кей Тай — профессор неврологии Массачусетского технологического института.