Forskere har designet en ultra-tynn, fleksibel og minimalt invasiv nevralsonde som ikke bare kan registrere nevral aktivitet, men også bruke lys til å stimulere bestemte grupper av nevroner.
Denne sonden, beskrevet i en ny studie i Nature Communications, er omtrent en-femtedel av et menneskehår og er godt-egnet for å studere små, mobile områder av nervesystemet, for eksempel ryggmargen eller perifere nerver (nervene utenfor hjernen og ryggmargen som overfører informasjon mellom hjernen og resten).
Det er her du trenger en veldig liten, fleksibel sonde som kan implanteres mellom ryggvirvlene for å lage forbindelser med nevroner og som kan bøye seg mens ryggmargen beveger seg, sier co-seniorforfatter Axel Nimmerjahn, førsteamanuensis ved Waitt Advanced Biophotonics Center ved Salk Institute for Biological Studies i USA.
Nevrale prober kan også implanteres over lengre tid fordi de er mer kompatible med biologisk vev og mindre sannsynlighet for å utløse en immunrespons.
Donald Sirkis, professor i nanoingeniør ved Jacobs School of Engineering og med-seniorforfatter av studien, sa: "For kroniske nevrale grensesnitt trenger du en snikende sonde - noe kroppen ikke engang vet er der, men som fortsatt kan kommunisere med nevroner." Ved University of California, San Diego.
Det som skiller denne sonden fra andre eksisterende ultra-tynne, fleksible prober er at den består av en elektrisk kanal og en optisk kanal, som gjør den i stand til å registrere den elektriske aktiviteten til nevroner og bruke lys til å stimulere bestemte grupper av nevroner.
Å ha denne doble modusen - elektrisk opptak og optisk stimulering - i et så lite fotavtrykk er en unik kombinasjon," forklarte Sirbuly.
Den nye nevrale sonden er en smart ingeniørbragd.
Den elektriske kanalen inneholder en ultratynn polymerelektrode (som kan lede elektrisitet), mens den optiske kanalen inneholder en ultratynn optisk fiber som sender lys. Å sette de to i samme nevrale sonde krever noe veldig smart ingeniørarbeid.
Kanalene må være isolert for å forhindre at de forstyrrer hverandre mens de installeres i en mikrosonde med en diameter på bare 8 til 14 mikron. Forskere må også sikre at probene er fleksible, holdbare, biokompatible og i stand til å yte like godt som den eksisterende-moderne--teknikken nevrale sonder.
Når de er fremstilt, implanteres nevrale probene i hjernen til levende mus i opptil en måned, hvor de nesten ikke forårsaker betennelse i hjernevevet.
Disse probene kan registrere den elektriske aktiviteten til nevroner med høy følsomhet og kan også brukes til å stimulere nevroner i musebarken til å bevege værhårene.
For tiden vet vi veldig lite om hvordan ryggmargen fungerer, hvordan den behandler informasjon og hvordan dens nevrale aktivitet blir forstyrret eller skadet under visse sykdomstilstander," sa Nimmerjahn.
Opptak fra slike dynamiske og bittesmå strukturer har alltid vært en teknisk utfordring. Vi tror at sondene våre og fremtidige probearrayer har det unike potensialet til å hjelpe oss med å studere ryggmargen - ikke bare for å forstå den på et grunnleggende nivå, men også for å ha evnen til å regulere aktiviteten.
Dessuten, siden mikrofibre av nesten hvilken som helst lengde kan oppnås, kan produksjonsprosessen brukes til å utvikle nevrale prober som kan nå dypere hjerneområder. Men ettersom stivheten til sonden avtar med økende lengde, kan det være nødvendig å endre utformingen - som et oppløselig sukkerbelegg eller et stivt polymerlag - for å forhindre bøyning.
