Имплантаты, которые могут исследовать мозг на уровне отдельных нейронов, не так широко доступны исследователям. Изучение активности нейронов во время движения тела в повседневных условиях еще сложнее, потому что устройства мониторинга обычно включают провода, соединяющие участника исследования с контрольной станцией.
Исследователи из Университета Аризоны, Университета Джорджа Вашингтона и Северо-Западного университета создали сверхмалое беспроводное устройство без батарей, которое использует свет для записи отдельных нейронов, чтобы нейробиологи могли видеть, как работает мозг. Технология подробно описана в исследовании в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Как биомедицинские инженеры, мы работаем с соавторами в области нейробиологии, чтобы улучшить инструменты, позволяющие лучше понять работу мозга, в частности, как эти отдельные нейроны – строительные блоки мозга – взаимодействуют друг с другом, пока мы движемся по окружающему нас миру», сказал ведущий автор исследования Алекс Бертон, докторант биомедицинской инженерии Университета Аризоны и член лаборатории Гутруфа.
Сначала процесс включает окрашивание выбранных нейронов красителем, яркость которого меняется в зависимости от активности. Затем устройство направляет свет на краситель, делая видимыми биохимические процессы нейронов.
Устройство фиксирует изменения с помощью зонда, который немного шире человеческого волоса, затем обрабатывает прямое считывание активности нейрона и передает информацию исследователям по беспроводной сети.
«Устройство меньше, чем один M&M, и весит лишь одну двадцатую часть веса», – сказал Бертон.
Устройство может быть крошечным и даже гибким, как лист бумаги, потому что ему не нужен аккумулятор.
Он собирает энергию из внешних колеблющихся магнитных полей, собранных миниатюрной антенной на устройстве. Это позволяет исследователям изучать активность мозга без использования ограничивающего оборудования и дает нейробиологам платформу для понимания механизмов, лежащих в основе мозга.
«При создании устройства мы использовали материалы и методы, которые легко доступны и достаточно дешевы, чтобы позволить широкомасштабную адаптацию инструмента научным сообществом», – сказал старший автор исследования Филипп Гутруф, который возглавляет лабораторию Гутруфа и является доцентом. биомедицинской инженерии и член института BIO5 университета. «Мы надеемся, что эта технология может иметь значение в борьбе с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, и пролить свет на биологические механизмы, такие как боль, зависимость и депрессия."