新型無線光電植入物控制脊髓神經(jīng)元的活動

Grégoire Courtine 在描述新興的光遺傳學(xué)領(lǐng)域時會毫不猶豫地使用“革命性”一詞 - 一種使用光脈沖來控制個體神經(jīng)活動的技術(shù) - 以及它對神經(jīng)科學(xué)的意義。NeuroRestore 研究中心主任 Courtine(與神經(jīng)外科醫(yī)生 Jocelyne Bloch 合作)目前正在與 Stéphanie Lacour 一起開發(fā)一種光遺傳學(xué)植入物，Stéphanie Lacour 擔(dān)任 Bertarelli 基金會神經(jīng)假肢技術(shù)主席。“我們的系統(tǒng)允許我們控制脊髓中任何神經(jīng)元的活動，”Courtine 說。“反過來，這有助于我們了解它在神經(jīng)系統(tǒng)整體功能中所起的作用。”

他們?nèi)〉猛黄频年P(guān)鍵是由 Lacour 的研究小組開發(fā)的新植入技術(shù)。“我們找到了一種將微型 LED 封裝在靈活的植入物中的方法，該植入物既薄又堅固，可以通過沿著整個腰部將其滑動到椎骨下方來應(yīng)用到小鼠脊髓表面，”她說。“然后我們與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的同事合作創(chuàng)建了一種無線電子電路，可用于打開一個或多個 LED 并極其精確地控制發(fā)射光的持續(xù)時間和強度。最后，通過定制的嵌入式片上系統(tǒng)，可以自然地管理光脈沖，例如響應(yīng)肌肉活動或其他一些生理信號。”光電植入式系統(tǒng)通過藍牙進行控制。

表現(xiàn)得盡可能自然

Courtine 強調(diào)，系統(tǒng)自主運行的能力至關(guān)重要。“這使我們擺脫了此類研究通常需要的有線系統(tǒng)。現(xiàn)在我們可以觀察老鼠自由活動，并檢查神經(jīng)元在生態(tài)環(huán)境中在步行和游泳等復(fù)雜運動中所起的作用。”

開發(fā)該技術(shù)的最大挑戰(zhàn)之一是找到一種方法來管理穿透脊髓深度的光脈沖，而不會被神經(jīng)纖維吸收和反射。為了解決這個問題，研究小組修改了 LED 以發(fā)出紅光——與通常由二極管發(fā)出的藍光相比，這種顏色更不容易受到神經(jīng)纖維的影響。

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