Forskere har designet en ultra-tynd, fleksibel og minimalt invasiv neural probe, der ikke kun kan registrere neural aktivitet, men også bruger lys til at stimulere specifikke grupper af neuroner.
Beskrevet i et nyt studie i Nature Communications er denne sonde cirka en-femtedel af et menneskehår og er velegnet til at studere små, mobile områder af nervesystemet, såsom rygmarven eller perifere nerver (nerverne uden for hjernen og rygmarven, der transmitterer information mellem hjernen og resten).
Det er her, du har brug for en meget lille, fleksibel sonde, som kan implanteres mellem hvirvlerne for at skabe forbindelser med neuroner og kan bøje sig, når rygmarven bevæger sig," sagde co-seniorforfatter Axel Nimmerjahn, lektor ved Waitt Advanced Biophotonics Center ved Salk Institute for Biological Studies i USA.
Neurale prober kan også implanteres i længere tid, fordi de er mere kompatible med biologiske væv og mindre tilbøjelige til at udløse et immunrespons.
Donald Sirkis, professor i nanoteknik ved Jacobs School of Engineering og med-seniorforfatter af undersøgelsen, sagde: "For kroniske neurale grænseflader har du brug for en snigende sonde - noget kroppen ikke engang ved er der, men som stadig kan kommunikere med neuroner." På University of California, San Diego.
Det, der adskiller denne sonde fra andre eksisterende ultra-tynde, fleksible prober, er, at den består af en elektrisk kanal og en optisk kanal, som gør den i stand til at registrere den elektriske aktivitet af neuroner og bruge lys til at stimulere specifikke grupper af neuroner.
At have denne dual mode - elektrisk optagelse og optisk stimulering - i så lille et fodaftryk er en unik kombination," forklarede Sirbuly.
Den nye neurale sonde er en smart ingeniørkunst.
Den elektriske kanal indeholder en ultratynd polymerelektrode (som kan lede elektricitet), mens den optiske kanal indeholder en ultratynd optisk fiber, der transmitterer lys. At sætte de to i den samme neurale probe kræver noget meget smart ingeniørarbejde.
Kanalerne skal isoleres for at forhindre dem i at forstyrre hinanden, mens de installeres i en mikrosonde med en diameter på kun 8 til 14 mikron. Forskere skal også sikre, at proberne er fleksible, holdbare, biokompatible og i stand til at fungere lige så godt som den eksisterende-state-af-kunst neurale prober.
Når de er fremstillet, implanteres neurale sonder i hjernen på levende mus i op til en måned, hvor de næsten ikke forårsager betændelse i hjernevævet.
Disse prober kan registrere den elektriske aktivitet af neuroner med høj følsomhed og kan også bruges til at stimulere neuroner i musens cortex til at flytte deres knurhår.
På nuværende tidspunkt ved vi meget lidt om, hvordan rygmarven fungerer, hvordan den behandler information, og hvordan dens neurale aktivitet forstyrres eller beskadiges under visse sygdomstilstande," sagde Nimmerjahn.
Optagelse fra sådanne dynamiske og små strukturer har altid været en teknisk udfordring. Vi mener, at vores prober og fremtidige probe-arrays har det unikke potentiale til at hjælpe os med at studere rygmarven -, ikke kun for at forstå den på et grundlæggende niveau, men også at have evnen til at regulere dens aktivitet.
Desuden, da mikrofibre af næsten enhver længde kan opnås, kan fremstillingsprocessen bruges til at udvikle neurale prober, der kan nå dybere hjerneområder. Men da stivheden af sonden aftager med stigende længde, kan det være nødvendigt at ændre designet - såsom en opløselig sukkerbelægning eller et stift polymerlag - for at forhindre bøjning.
