Исследователи разработали ультра-тонкий, гибкий и минимально инвазивный нейронный зонд, который может не только регистрировать нервную активность, но и использовать свет для стимуляции определенных групп нейронов.
Описанный в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, этот зонд имеет размер примерно -пятой ширины человеческого волоса и хорошо-хорошо подходит для изучения небольших, подвижных участков нервной системы, таких как спинной мозг или периферические нервы (нервы вне головного и спинного мозга, которые передают информацию между мозгом и остальным телом).
Здесь вам понадобится очень маленький гибкий зонд, который можно имплантировать между позвонками, чтобы устанавливать связи с нейронами, и который может сгибаться при движении спинного мозга», — сказал со-старший автор Аксель Ниммерьян, доцент Центра передовой биофотоники Уэйта при Институте биологических исследований Солка в США.
Нейронные зонды также можно имплантировать на более длительный срок, поскольку они более совместимы с биологическими тканями и с меньшей вероятностью вызовут иммунный ответ.
Дональд Сиркис, профессор наноинженерии Инженерной школы Джейкобса и со-старший автор исследования, сказал: «Для хронических нейронных интерфейсов вам нужен скрытый зонд -, о существовании которого тело даже не подозревает, но которое все равно может взаимодействовать с нейронами». В Калифорнийском университете в Сан-Диего.
Что отличает этот зонд от других существующих ультра-тонких гибких зондов, так это то, что он состоит из электрического канала и оптического канала, что позволяет ему регистрировать электрическую активность нейронов и использовать свет для стимуляции определенных групп нейронов.
Наличие двухрежимной - электрической записи и оптической стимуляции - на таком небольшом пространстве — это уникальная комбинация», — объяснил Сирбули.
Новый нейронный зонд — это умный инженерный подвиг.
Электрический канал содержит ультратонкий полимерный электрод (который может проводить электричество), а оптический канал содержит ультратонкое оптическое волокно, передающее свет. Чтобы поместить их в один нейронный зонд, требуется очень умная инженерия.
Каналы необходимо изолировать, чтобы они не мешали друг другу при установке в микрозонд диаметром всего от 8 до 14 микрон. Исследователи также должны убедиться, что зонды являются гибкими, долговечными, биосовместимыми и способны работать так же хорошо, как существующие--современные-нейронные зонды.
После изготовления нейронные зонды имплантируют в мозг живых мышей на срок до месяца, в течение которого они практически не вызывают воспаления в ткани мозга.
Эти зонды могут регистрировать электрическую активность нейронов с высокой чувствительностью, а также могут использоваться для стимуляции нейронов коры головного мозга мыши к движению усов.
В настоящее время мы очень мало знаем о том, как работает спинной мозг, как он обрабатывает информацию и как его нервная активность нарушается или повреждается при определенных заболеваниях», — сказал Ниммерьян.
Запись таких динамичных и крошечных структур всегда была технической проблемой. Мы считаем, что наши зонды и будущие массивы зондов обладают уникальным потенциалом, который поможет нам изучить спинной мозг - не только для того, чтобы понять его на фундаментальном уровне, но и получить возможность регулировать его активность.
Более того, поскольку можно получить микроволокна практически любой длины, производственный процесс можно использовать для разработки нейронных зондов, способных достигать более глубоких областей мозга. Однако, поскольку жесткость зонда уменьшается с увеличением длины, может потребоваться изменить конструкцию -, например, добавить растворимое сахарное покрытие или слой жесткого полимера - для предотвращения изгиба.
