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使用无线电源点亮微小的神经刺激器

使用光遗传技术,使用小于一粒米的微型线圈可以改善针对神经元的可植入光学装置。科学家可以利用这种方法传播光脉冲,在转基因神经元中打开或关闭蛋白质表达。

到目前为止,神经科学家已经使用笨重的电缆和电池来控制和收集来自这些实验装置的数据。在最近的一项研究中,Wasif Khan和美国电子与计算机工程与生理学跨学科的一组研究人员开发了一种完全无线的原型来取代庞大的硬件。

为此,该团队将微型发光二极管(LED)与两个毫米级线圈相结合,创建了一个感应充电系统,在实验性啮齿动物(大鼠)模型中以生物安全频率提供瞬时功率。的无线设置中刺激神经元视觉皮层,同时保持温度升高低于10C作为用于生物医学植入物的一个关键安全性阈值。结果现已发布在Microsystems和Nanoengineering上。

汗等人。他介绍了一种单通道神经刺激器,它包含一个反射器耦合的微型发光二极管(μLED)和一个集成的毫米级无线接收器(RX)线圈。实验装置允许自由浮动,无电池,不受限制的光遗传学神经调节。他们在系统中使用双线圈感应链路,以低工作频率(<100 MHz)提供瞬时功率,以实现连续光学刺激。

该过程对电磁辐射造成最小的侵入性和组织暴露。当他们将微型反射器耦合到μLED时,与裸μLED相比,光学反射器显示出显着增强的光强度。科学家控制了植入物生物相容性设置的操作温度,并在大鼠体内进行了实验,随后进行了组织学研究,以验证无线光学刺激在动物模型的初级视觉皮层中的功效。他们使用c-Fos生物标记物可视化该过程,该标记物在免疫染色时显示为绿色,作为光诱发神经元活动的报告物。

神经科学中的发现和发明最近由于神经生物学系统中半导体植入物的进步而迅速发展,用于成功的临床翻译。例如,科学家可以在新的医学方法中使用植入式“电疗法”,以在治疗干预期间靶向中枢和外周神经系统。因此,光遗传学正在神经科学中寻找新的应用,将光传递给感兴趣的神经组织,同时使用靶向控制工具从细胞中收集读数。

将微型光源,记录电极,传感器和其他组件植入大脑的指定区域的能力再次激发了对长期诊断和治疗的乐观。利用这些发展,科学家们可以研究将初级感觉信息传递到大脑的特定区域,包括嗅觉,视觉和听觉区域的深度。他们还可以使用该技术来了解通过活动模式驱动或抑制饥饿,口渴,能量平衡和呼吸等基本生物活动的细胞。

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