Техника для изучения отдельных цепей в мозге мышей была затруднена, потому что свет, необходимый для стимулирования нейронной активности, на короткое время подавляет электроды, «слушающие» ответ.
Теперь улучшенное экранирование внутри нейронного зонда позволяет захватывать эти потерянные сигналы.
«Рассмотрим разговор, в котором первые несколько и последние несколько слов предложения опущены или искажены. В таком диалоге не так много информации может быть надежно расшифровано. Это та же самая ситуация в нашем исследовании», – сказал Георгий Бужаки, профессор нейробиологии Биггса в Медицинской школе Нью-Йоркского университета и соавтор новой статьи с описанием результатов.
«Наш диалог с мозговыми цепями начинается с вопроса в форме светового импульса. Если начало и конец импульса – наш «вопрос»- вызывают большие артефакты, мы теряем мгновенные и часто очень критические нейронные ответы».
Чтобы решить эту проблему, команда инженеров из Мичиганского университета решила улучшить свой нейронный зонд, чтобы он мог записывать полные ответы. Это позволяет эксперименты, которые ранее были невозможны.
«В качестве примера, мы можем имитировать мозговую волну, включив микро-светодиоды на определенной частоте, и посмотреть, как ведет себя нейронная схема. Мы также можем реализовать так называемое управление с обратной связью и заставить светодиоды включаться сразу же. как мы обнаруживаем определенный сигнал мозга», – сказал Канхван Ким, первый автор новой статьи в Nature Communications и недавний доктор философии. Выпускник факультета электротехники и вычислительной техники УМ.
Понимание коммуникации между клетками мозга является ключом к углублению нашего понимания мозга и разработке методов лечения неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. Один из новых экспериментов, который команда намеревается исследовать, будет исследовать память.
«Например, мы можем создать нейроны в огне гиппокампа по схеме, которая улучшит консолидацию памяти и посмотрим, действительно ли улучшится память», – сказал Euisik Yoon, старший автор статьи и профессор электротехники и компьютерных наук в UM.
Зонд разработан для методики, называемой оптогенетикой, при которой мыши были генетически модифицированы, чтобы их нейроны могли стимулироваться светом. Хитрость заключается в том, чтобы сделать светодиоды достаточно маленькими, чтобы они могли генерировать один нейрон, а не десятки из них, стимулируемые обычными электрическими импульсами.
Команда нейронных исследователей из Мичигана достигла этого пять лет назад с помощью наименьших известных источников света на имплантируемых датчиках. Но сигналы, которые включают и выключают светодиод, на короткое время подавляют электроды, которые ждут ответа.
«Это похоже на звук большого взрыва – например, выстрел или взрыв. Вы можете не слышать какое-то время, пока ваши уши не восстановятся», – сказал Юн.
Чтобы решить эту проблему, Ким добавила в проект слой электрической защиты. Но даже сам свет может представлять проблему, так как он поглощается кремнием зонда и преобразуется в электрический шум, воспринимаемый электродами. Для этого Ким добавила бор в кремний. Это увеличило проводимость кремния, позволяя кремнию удерживать шум от электродов.
«Теперь, когда артефакт удален, мы можем модулировать нейроны практически в любой области мозга и точно определить, где в мозге расположены нейроны и как они влияют на соседние нейроны», – сказал Юн.
Исследователи также могут включать несколько источников света одновременно, что позволяет изучать сложные нейронные цепи мозга с почти клеточным разрешением. Устройства были успешно продемонстрированы на мышах.
